談核島工藝系統(tǒng)中節(jié)流裝置安裝

賈軍輝

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.083

摘 要：在核電站工藝系統(tǒng)中，流量孔板（KD）、限流孔板（DI）及文丘里管作為節(jié)流裝置，起到了流量測量和限流的作用。節(jié)流裝置的特點是：形式多樣、安裝要求不同、容易混淆，最終會影響系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。因此，本文系統(tǒng)地對工藝管道中安裝的各種節(jié)流裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、尺寸檢查、安裝流程及注意事項進行詳盡闡明。

關(guān)鍵詞：流量孔板（KD） 限流孔板（DI） 文丘里管

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0083-05

在工藝系統(tǒng)中，流量孔板（KD）、限流孔板（DI）及文丘里管作為節(jié)流裝置，應用于工藝統(tǒng)中各種介質(zhì)如氣體、蒸汽和液體的流量測量以及流量限制。這些節(jié)流裝置形式多樣，安裝要求不同，下面針對這三種節(jié)流裝置進行闡明。

1 流量孔板（KD）

1.1 流量孔板（KD）工作原理

在工藝系統(tǒng)中，充滿流體的圓形管道中安裝了節(jié)流孔板后，由于節(jié)流件的孔徑小于管道內(nèi)徑，當被測流體流過節(jié)流件時，流束將在節(jié)流處形成局部突然收縮，流速加快，從而使收縮截面內(nèi)平均流速增加，在節(jié)流件上游側(cè)靜壓力上升，下游側(cè)靜壓力下降，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差（見圖1）。靜壓力差與流量之間呈一定的函數(shù)關(guān)系，流體的流速越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的靜壓力差越大；反之，流體的流速越小，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的靜壓力差越小，用差壓變送器（或差壓計）測量節(jié)流件前后的差壓，實現(xiàn)對流量的測量。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。其基本公式如下：

其中，c為流出系數(shù)，無量綱；d為工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑；D為工作條件下上游管道內(nèi)徑；qm為質(zhì)量流量，kg/s；qv為體積流量，m3/s；β為直徑比d/D，無量綱；ρ流體的密度，kg/m；ε為可膨脹性系數(shù)，無量綱。

在CPR1000G機型2臺機組中，流量孔板（KD）共有250多塊，大量分散在核島各個系統(tǒng)當中。流量孔板（KD）為同心圓形板，并帶有便于安裝和拆卸的手柄（見圖2）。孔板的標識標在手柄正面，在流體流向的上游側(cè)，包括開孔直徑、公稱直徑、孔板功能位置標識，以及標記“上游UPSTREAM”。

1.2 取壓裝置

在工藝管道系統(tǒng)中，流量的測量是通過流量孔板（KD）配合測量裝置實現(xiàn)管線內(nèi)流量測量的。核電廠常用的測量裝置包括：就地流量計（LD）、遠傳流量變送器（MD）、流量開關(guān)（SD）、實驗系統(tǒng)流量計（YD）。流量孔板（KD）配合測量儀表組合成取壓裝置，從而實現(xiàn)流量的測量。

取壓裝置組成如下，見圖3和圖4。

1.3 流量孔板（KD）安裝前的檢查

流量孔板到達施工現(xiàn)場后，需對流量測量類孔板（KD）進行檢查，是由安裝承包商的物資計量部門進行檢測的，并將測量結(jié)果填寫《孔板類儀表調(diào)校數(shù)據(jù)單》，在檢測合格后發(fā)放到現(xiàn)場進行安裝。

（1）目視檢查。

在拿到孔板后，首先要對流量孔板進行目視檢查，包括：

檢查流量孔板的功能位置號；

檢查孔板表面是否平直；

檢查部件總的外觀，包括：撞擊或裂紋痕跡、意外的變形、擦傷或劃痕、不銹鋼的污染、清潔度及其表面光潔度（是否被氧化或腐蝕）；

檢查孔板邊緣是否存在毛口卷邊等缺陷或其他特性。

（2）孔板內(nèi)徑的確認。

孔板內(nèi)徑應根據(jù)供應商供貨時所提供的技術(shù)文件確定。

（3）孔板外徑的確定。

對于流量測量類孔板（KD），孔板的外徑等于法蘭螺栓孔中心所在圓周直徑減去螺栓直徑與一個附加值之和。這個附加值為：

NPS≤4"時為1mm；

4"

10"≤NPS<18"時為2mm；

NPS≥18"時為2.5mm；

注：NPS：管道公稱直徑。

（4）孔板厚度的確定。

對于流量測量類孔板KD，孔板的厚度應遵循下列值：

NPS≤4"時為3mm；

4"

NPS≥14"時為10mm。

1.4 流量孔板（KD）的安裝

安裝時機：為防止損壞且保障流量的準確性，在工藝系統(tǒng)正式投運前，流量孔板（KD）在系統(tǒng)安裝階段是不正式安裝的，在管道回路水壓試驗前，安裝臨時孔板進行替代正式的流量孔板，臨時孔板的尺寸應根據(jù)對應正式孔板的尺寸加工而成，臨時孔板的安裝要與正式孔板安裝相同，區(qū)別是使用臨時墊片代替正式墊片。而正式流量孔板的安裝則是安裝階段的系統(tǒng)保留項，直到調(diào)試要求，才能進行流量孔板（KD）的正式安裝。

流量孔板（KD）必須安裝在兩個具有足夠長直管段的管道之間。孔板上游直管段長度大于15NPS，孔板下游直管段長度應大于5NPS。孔板應盡可能安裝在水平管道上，若需要垂直安裝時，管道內(nèi)液體介質(zhì)的流向應向上，氣體介質(zhì)的流向應向下。

流量孔板（KD）的安裝同普通法蘭的連接過程類似，其安裝過程如圖5所示。

流量孔板（KD）在安裝時，有一點需要特別注意，由于流量孔板（KD）的中心孔是一個類似喇叭的形狀，孔板自身是有流向要求的（見圖6），在放入孔板時，不能隨意放置，要確保孔板自身的流向與管線標示中上下游一致。

2 限流孔板（DI）

限流孔板的結(jié)構(gòu)較復雜，限流孔板（DI）按連接方式分類有法蘭連接、承插焊和對接焊三種。

在工藝系統(tǒng)各類限流孔板（DI）中，使用最多的是單板限流孔板。單板限流孔板的尺寸檢查是在安裝前進行，由現(xiàn)場質(zhì)量檢查人員測量并填寫《流量限制孔板尺寸檢查報告》（見圖7）。單板限流孔板（DI）的目視檢查項目與流量孔板（KD）的檢查項目相同，孔板內(nèi)徑根據(jù)供應商供貨時所提供的技術(shù)文件確定，孔板外徑等于法蘭螺栓孔中心形成的圓周直徑減去螺桿的直徑。

單板限流孔板采用法蘭連接，其安裝流程與流量孔板（KD）相同（見圖5）。

在限流孔板DI中，還有少量采用承插焊和對接焊的連接方式，雖然數(shù)量有限，但是多用于核蒸汽供應系統(tǒng)（NSSS）的關(guān)鍵系統(tǒng)中。在CPR1000機型2臺機組中，用于核蒸汽供應系統(tǒng)（NSSS）的限流孔板有90多塊，用于核島配套設施（BNI）的限流孔板有350多塊。下面根據(jù)DI所處系統(tǒng)不同，對核電站核島管道系統(tǒng)使用的所有限流孔板進行簡單的介紹。

2.1 用于核島BNI系統(tǒng)

（1）當NPS≥1/2"，流量限制組件由一個安裝在兩個帶有墊片的法蘭之間的孔板和緊固螺栓組成，見圖8。

在核島BNI系統(tǒng)中，NPS≥1/2"的限流孔板全部使用的是單板、無斜角限流孔板，其結(jié)構(gòu)形式見圖9。

（2）當NPS=1/4"，流量限制件由一個特殊的聯(lián)軸節(jié)組成，即承插焊、單孔限流孔板（只用于NPS為1/4"），見圖10。

2.2 用于NSSS系統(tǒng)

（1）單板、有斜角限流孔板的結(jié)構(gòu)形式與KD相似，在中心孔處有倒角（見圖2）。

（2）單板、無斜角限流孔板（見圖9）。

（3）承插焊、單孔限流孔板。

核島NSSS系統(tǒng)只有一處使用承插焊單孔限流孔板，為1/2RIS022DI（3/4"），其結(jié)構(gòu)如圖11所示。

（4）承插焊、長孔限流孔板。

CPR1000機型核島使用的承插焊、長孔限流孔板，包括1/2RCV001/002/003DI，1/2REA016DI，1/2RIS015/016DI，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。

（5）對接焊、多級限流孔板。

CPR1000機型核島使用的多級限流孔板數(shù)量很少，包括9ASG008/009DI為三級限流孔板，如圖13所示，還有1/2RCV021/022/023DI為六級孔板。

（6）對接焊單級限流孔板。

對接焊單級限流孔板，其結(jié)構(gòu)如圖14所示，只有1/2RCP016/018/020DI采用該種形式。

對于這些采用焊接方式連接的DI，其焊接相應標準同核電廠管道系統(tǒng)通用的焊接要求，在焊接時注意流向要正確。

3 文丘里管

文丘里管，也是通過測量流體壓差而確定流量的裝置，其基本測量原理與標準孔板相同，即以能量守恒定律——伯努力方程和流動連續(xù)性方程為基礎的流量測量方法。流體流經(jīng)文丘里管的節(jié)流過程同流體流經(jīng)環(huán)形孔板的節(jié)流過程基本相似，文丘里管的結(jié)構(gòu)見圖15。

文丘里管由入口圓筒段A、圓錐形收縮段B、喉部C和圓錐形擴散段E及10mm直管段組成，上下游取壓口設在A和C上。文丘里管的標識刻在標識支架上面，內(nèi)容包括文丘里管的名稱、材料、尺寸及流向的信息。

核島管道系統(tǒng)使用文丘里管的數(shù)量很少，CPR1000機型核島使用的文丘里管包括1/2APG004KD， 9TEP401/402/403/404KD，9TEU100KD。在安裝時，都是采用對接焊的連接方式，在焊接時注意流向是否與工藝管道介質(zhì)流向一致。

以上是對CPR1000核電站核島工藝系統(tǒng)節(jié)流裝置的介紹，通過對流量孔板（KD）、限流孔板（DI）及文丘里管的闡述，希望對安裝過程有幫助。endprint