【內(nèi)容摘要】流量儀表是核電廠測量中的重要儀表之一，其中孔板流量計的應(yīng)用最為廣泛。由于孔板流量計永久壓力損失的存在，會造成額外的能源耗費(fèi)。考慮到當(dāng)前節(jié)能降耗已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重中之重，本文結(jié)合華龍一號核電廠具體孔板的選型情況，探討采用低壓力損失流量儀表替代孔板的應(yīng)用前景。
為貫徹落實(shí)《中華人民共和國節(jié)約能源法》《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》(國發(fā)［2013］30號)規(guī)定和要求，國家發(fā)展和改革委員會一直致力于加快節(jié)能技術(shù)進(jìn)步和推廣普及，引導(dǎo)用能單位采用先進(jìn)適用的節(jié)能新技術(shù)、新裝備、新工藝，促進(jìn)能源資源節(jié)約集約利用，緩解資源環(huán)境壓力的工作，積極在電力、化工、鋼鐵、有色金屬等行業(yè)推行節(jié)能技術(shù)。核電站作為電力行業(yè)，應(yīng)響應(yīng)國家號召，積極探尋節(jié)能手段。本文主要探討華龍一號核電站流量儀表選型方面節(jié)能降耗的前景。
一、華龍一號核電廠流量測量現(xiàn)狀
華龍一號核電站作為一種將核能轉(zhuǎn)化為電能的重要設(shè)施，其運(yùn)行效果與國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ钣兄芮新?lián)系。為了保證其運(yùn)行效率和質(zhì)量，節(jié)流裝置配差壓儀表、電磁流量計、轉(zhuǎn)子流量計、超聲波流量計、容積式流量計、旋進(jìn)旋渦流量計等各種各樣流量儀表被應(yīng)用在華龍一號核電站，用以衡量核電站相關(guān)數(shù)據(jù)的量變過程和結(jié)果，為監(jiān)測核電站運(yùn)行提供科學(xué)的有效手段。在這些流量儀表中，節(jié)流裝置中的孔板配差壓儀表，在華龍一號核電站的流量測量中應(yīng)用最為廣泛。
二、華龍一號核電站孔板流量測量應(yīng)用情況
目前華龍一號核電站的孔板按照機(jī)械等級分為核級和非核級兩類。核級孔板依據(jù)ＲCC－M《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》，對于制造、材料，焊接和試驗(yàn)等方面與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計要求存在一定區(qū)別，目的是為保證核電廠的安全運(yùn)行。按照雙機(jī)組計算，目前核級孔板約有224塊，非核級孔板約有75塊。根據(jù)安裝管道口徑，孔板口徑覆蓋DN50至DN700。測量介質(zhì)包括液體，氣體和蒸汽。介質(zhì)設(shè)計溫度在40℃至316℃，設(shè)計壓力覆蓋0.2MPa至24MPa。
與孔板配套使用的差壓儀表，根據(jù)電氣分級的不同，分為核級儀表和非核級儀表;根據(jù)檢測位置的不同，分為遠(yuǎn)傳差壓變送器和就地差壓表;根據(jù)檢測目的不同，分為永久安裝儀表和臨時安裝的試驗(yàn)儀表。
三、孔板測量簡介和優(yōu)缺點(diǎn)
（一）孔板測量簡介。孔板是在管道中安裝了一個中間為圓孔的節(jié)流件，迫使流動的流束截面變小，流速加快，壓力降低，與前方未節(jié)流的流體壓力形成了差壓，差壓的開方與流量成正比。通過差壓儀表配合，可測得管道的流量。
(二)孔板的優(yōu)點(diǎn)。孔板的優(yōu)點(diǎn)是具有大量測試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn);其結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單、牢固;應(yīng)用范圍廣，測量流體范圍廣(液、氣、蒸汽)、一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以測量。針對核電站環(huán)境，部分廠房存在輻照，而孔板材質(zhì)為金屬，輻照對其無影響，因此孔板在核電站應(yīng)用比較廣泛。
(三)孔板的缺點(diǎn)。孔板的缺點(diǎn)如測量的重復(fù)性、精確度在流量傳感器中屬于中等水平;測量量程比窄，一般僅3:1～4:1;有較長的前后直管段長度要求，一般難于滿足;孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此傳感器對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證。除此之外，由于存在節(jié)流孔，導(dǎo)致壓力損失大，會造成能源的額外消耗。
四、采用低壓損流量儀表代替孔板流量計的節(jié)能分析
(一)孔板能耗費(fèi)用。孔板的能耗與孔板造成的永久壓力損失有關(guān)，能耗計算公式［1］為:
W=(Δω×Q)/η(1)
式中:W—能耗值，W(瓦);Δω—永久壓損值，Pa;Q工況下的體積流量值，m3/s;η—泵和電動機(jī)的效率，一般取0.85。年能耗費(fèi)的計算公式［2］為:
年能耗費(fèi)(元/年)=(W/1000)×(運(yùn)行時數(shù)/年)×(元/千瓦小時)(2)
(二)采用超聲波流量計替代孔板的節(jié)能分析。超聲波流量計由于在管道中沒有阻力件，壓力損失小，相對孔板均有較小的前后直管段要求，目前在華龍一號核電廠中也有不少應(yīng)用。如替代孔板測量，可有效降低壓力損失從而減低能耗。下面從兩個典型流量測點(diǎn)分析超聲波替代孔板的節(jié)能應(yīng)用可行性。
1.設(shè)冷水公共環(huán)路入口流量測量WCC021MD。設(shè)冷水公共環(huán)路入口流量儀表WCC021MD采用非核級差壓變送器進(jìn)行測量并遠(yuǎn)傳至主控室指示。該測點(diǎn)的正常流量為2216m3/h，孔板的永久壓力損失約為29.2KPa，該測點(diǎn)基本全年均需運(yùn)行，假設(shè)電費(fèi)為1元/千瓦小時，根據(jù)公式(1)和(2)，該測點(diǎn)使用孔板測量的年能耗費(fèi)用約在18.5萬元。
分析該測點(diǎn)更換為超聲波流量計的可行性。該測點(diǎn)的介質(zhì)為設(shè)備冷卻水，介質(zhì)的設(shè)計壓力為1.35MPa，設(shè)計溫度為40℃。測點(diǎn)所在管道口徑為DN650，管道的機(jī)械等級為核級，需要考慮抗震完整性。該測點(diǎn)的孔板布置在綠區(qū)。根據(jù)上面的條件分析，可考慮采用外夾式超聲波流量計，這種替代不會影響管道完整性。
與差壓變送器相比，超聲波流量計需額外考慮220VAC供電，目前華龍一號核電廠采用的超聲波流量計的功率都不大于30W，為簡化分析，均按照30W計算，則超聲波流量計年運(yùn)行費(fèi)用約為270元。因此，如將該測點(diǎn)流量測量由孔板改為超聲波流量計，每年運(yùn)行成本將節(jié)省約18萬元。考慮初期的采購成本，采購外夾式超聲波流量計比采購差壓變送器和孔板約貴10萬元。一般核電廠的儀表使用時間為10年，因此綜合考慮采購成本和運(yùn)行成本，采用超聲波流量計每年約可節(jié)省17萬元。
2.WNC101/202/303CS入口設(shè)冷水臨時流量測量WCC101/202/203YD。WNC101/202/303CS入口設(shè)冷水流量測量儀表WCC101/202/203YD為臨時安裝的流量儀表，在平時正常運(yùn)行的時候不使用，在設(shè)備檢修和定期試驗(yàn)的時候會臨時安裝上進(jìn)行測量。每個測點(diǎn)的正常流量為450m3/h，孔板的永久壓力損失約為34.2KPa，測點(diǎn)基本全年均需運(yùn)行，仍假設(shè)電費(fèi)為1元/千瓦小時，根據(jù)公式(1)和(2)，每個測點(diǎn)使用孔板測量的年能耗費(fèi)用約在4.3萬元。
由于該測點(diǎn)僅在設(shè)備檢修或定期試驗(yàn)的時候才臨時安裝使用，測點(diǎn)安裝在綠區(qū)，如考慮取消孔板，在需要使用時采用現(xiàn)場已有的移動式超聲波流量計進(jìn)行測量，無需額外設(shè)備采購費(fèi)用，這樣每個測點(diǎn)每年可節(jié)省約4.3萬元。
五、結(jié)語
根據(jù)實(shí)例分析，通過對典型孔板測點(diǎn)進(jìn)行選型替換，可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益，存在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的應(yīng)用前景。由于流量儀表選型替換可能影響到設(shè)計文件、運(yùn)行規(guī)程、配電、業(yè)主使用習(xí)慣等的變化，如后續(xù)實(shí)施，需各方面積極溝通，保證節(jié)能降耗應(yīng)用的順利開展。
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