M310核电站用在线安装流量计的选型与应用问题研究

2014-08-15李玉荣李昌磊

科技视界 2014年6期

李玉荣李昌磊

（中国核电工程有限公司北京核工程研究设计院电气仪控所，中国北京 100840）

0 引言

目前国内M310 核电站使用的在线安装流量计主要有浮子（转子）流量计、椭圆齿轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计和旋进旋涡流量计等。由于现场的安装条件往往会直接影响流量计的准确度，因此人们更加关注在实际安装条件下所选用的流量计的准确度。但由于流量计的种类很多，而选型中又涉及许多技术与经济因素。必须要综合考虑这些因素，才有可能同时做到技术上可行和经济上合理[1]。

1 在线安装流量计选型依据文件

流量仪表规格书

流量仪表数据表

国际、国内相关的流量计标准

其他相关技术文件（如涉及抗震分析、涂装、清洁和过程连接有关的技术文件）

2 在线安装流量计的选型

流量计在工业生产中的应用非常广泛，由于流量测量技术与流量计类型繁多，测量对象复杂多样，决定了流量计在应用技术上的复杂性。因此，流量计选型具有很强的技术性和实用性[2]。核电站在线安装流量计的选型需要综合考虑2.1 节的技术要求、经验反馈以及供货商的资质及供货业绩等。

2.1 技术要求

在线安装流量计在选型时需要考虑的技术要求主要包括以下内容：

1）工艺参数：包括系统运行期间可能出现的最小/正常/最大流量值、设计/正常压力值、设计/正常温度值、介质类型、介质密度和粘度、导电率等。

2）参考精度、重复性、回差和压力损失：为了满足显示和控制精度，需要规定全量程或分段量程内的精度和重复性；为了正确触发和消除报警，开关量仪表要规定可接受的回差要求；为了减小输运流体的动力，需要规定流量计可接受的压力损失。

3）就地指示、输出信号：一般对于远传流量计要求送出4-20mA的信号。

4）供电：对于需要外供电才能工作的仪表，供电电压为220VAC/50Hz；对于二线制仪表，信号电压为24VDC；对于流量开关，触点容量要求48VDC，1A；对于在失去厂供电源而就地仍有指示要求的流量计，则需流量计自带电池供电。

5）安全分级和抗震等级：所有的在线安装流量计的安全分级均为非安全级；当所安装管道有抗震要求时，流量计相应的需满足1I 要求，即在安全停堆地震（SSE）下必须保持结构完整性。

6）清洁度要求、涂漆要求：根据介质情况规定清洁度要求，在线安装流量计的清洁度等级有A22、B、C 级；非不锈钢组件应涂去污漆。

7）电气连接方式：通常要求供货商根据买方提供的电缆外径配备电缆密封头；对于分体安装的且传感器送出特殊信号的电磁流量计和超声波流量计，由供货商提供规定长度的电缆与转换器相接。电缆最低要求为低烟、无卤、阻燃。

8）材质要求：位于反应堆厂房的仪表，限用铝。接液材质应选用奥氏体不锈钢；有些仪表安装在辐照区域，其采用的非金属材料应考虑抗辐照能力。

9）过程连接方式、尺寸与布置要求：流量计在管路上的安装方式主要有法兰、焊接、螺纹和软管这几种；考虑到现场安装与维护，要规定流量计可接受的最大外形尺寸；为了正确选型和便于就地读数，要规定流经流量计的介质流动方向。

10）环境条件：对于安装在易燃易爆区的流量计，应当考虑防爆要求；为了便于运行维护并降低人员的辐照剂量，对于安装在红区和橙区的，流量计应采用分体安装；根据流量计储存和安装的环境条件，规定适宜的防护等级。

2.2 流量计选型过程

一般而言，可首先对流量计的特殊要求（防爆要求、辐照要求、抗震要求、防护要求）、被测介质的类型（蒸汽、气体、液体）、介质导电性、介质密度、介质粘度、介质是否含固体颗粒、介质流向、仪表功能要求（就地还是远传，是否需要累积，是否要求测量双向流）、安装条件（环境条件和空间位置）等大的方面进行考虑，利用排除法排除不适用的仪表类型，再将具体设计要求（如量程、精度、安装方式、供电条件、特殊功能要求等）与厂家样本结合起来，综合考虑各种仪表类型的优缺点，并最终筛选出能够满足测量要求并兼具经济性的型号。

2.2.1 特殊要求

对于有防爆要求、抗震1I 要求或安装在红区、橙区的流量计，首先要确保其在供货商已有的防爆证书、抗震试验或抗震分析报告、辐照试验报告或应用业绩的包络范围内。对于无法包络的，供货合同中要明确处理方案及完成时限。

2.2.2 流量计选型代码确定

对照供货商样本，根据设计要求逐一确定流量计的产品选型代码，这一组代码即代表了流量计的完整产品信息。

对于某些仪表（如椭圆齿轮流量计、电磁流量计），查阅选型样本即可选定合适的仪表量程；而对于某些仪表（如浮子流量计），则需要将过程参数输入选型软件后计算得出与量程相对应的锥管号。

3 核电站用在线安装流量计现状

目前，国内有不少流量计厂家投入大量资金研制适用于核电站的在线安装流量计，并通过了抗震和辐照试验，形成了具有一定成熟度的产品系列，如承德热河克罗尼仪表有限公司生产的浮子流量计、合肥精大仪表股份有限公司生产的椭圆齿轮流量计以及开封仪表有限公司生产的电磁流量计。这些流量计由国内供货已经相对比较成熟，无需再由国外采购。

但是还有一些流量计由于性能要求高或安装空间限制，目前国内还没有满足要求的成熟产品，如以下4.2、4.3 节所提到的流量计。

4 选型经验总结与反馈

4.1 RCV 系统大量程比浮子流量计

岭澳二期测量主泵泄漏流量的窄量程流量计RCV036/038/040MD，需测量的流量范围为25～500 L/h，量程比达到20：1。而管路内的最大流量可达1400L/h，流量计有可能长期处于超量程状态。仪表还要满足抗震1I 和清洁度A22 的要求。

开封仪表有限公司针对以上要求率先成功研制出满足宽量程比，并可长期承受超量程的浮子流量计AMH251DY，成功通过了抗震试验，目前已应用于岭澳二期核电站，使用情况良好。

4.2 REN 系统低电导率流量计

流量计REN363-366MD 的抗震等级为1I，清洁度等级为A22。所测介质为反应堆冷却剂，流量最小值为40L/h，最大值为250L/h。测点位于红区，仪表考虑分体安装。

仪表安装位置在除盐床出口，导电离子被除去，介质中仅有硼酸，电导率在5us/cm 以下。秦山二期这四台流量计选用的是椭圆齿轮流量计，但应用不理想，现场反馈存在管道中腐蚀产物堵塞齿轮通道，不能转动的问题。大亚湾和岭澳核电站选用的是福尔赫曼的涡轮流量计，至今现场未反馈问题，但价格非常昂贵。针对以上情况，目前已有多个流量计厂家开始研制可以和福尔赫曼涡轮流量计相媲美的涡轮流量计，设计中考虑抗震及辐照的要求，将样机设计的更加坚固，非金属部件选用耐辐照材料。

4.3 SAR 系统气体流量计

SAR001MD 测量安全壳内压空母管的压缩空气流量，压力波动范围为0.6-0.9MPa。安装于水平1”管道上，前后直管段都非常有限，上游不远处为隔离阀且阀后管道有缩径，下游不远处为异径三通。

SAR001MD 在秦山二期选用的是浮子流量计，同时采用温度计和压力变送器分别测量压空母管的温度和压力，最后在流量积算仪中进行温度与压力的修正，并折算成标准工况下的流量输出。仪表的最大流量可达80Nm3/h，所选量程为0-80Nm3/h。正常工作流量只有7Nm3/h，处于量程的10%左右，在仪表的不稳定工作区，现场反馈仪表指示一直存在大幅度波动的现象。经咨询浮子流量计厂家，充硅油可减小压力波动对仪表输出的影响，但核电站压缩空气品质要求较高，因此充硅油不可行。

秦山二期改造时将2 号机组仪表更换为FOX 热式质量流量计，量程比可达100：1。但现场使用的经验反馈标明，效果也不太理想，运行检修人员多次到仪表安装现场观察后，分析产生波动的原因为：流量变送器的出口处离扩大管较近，在此处气体流动会产生波动，造成气体流量的不稳定。于是对流量计前后管路进行了优化改造，在仪表安装位置前后增加口字型的测量环路用于稳流，增大前后直管段以及将测量管线改为与仪表口径一致不再进行缩扩管处理。经过两次改造，之后没有再收到现场关于仪表问题的反馈。

岭澳一期和二期均选用的是福尔赫曼的气体涡轮流量计。但无论是热式质量流量计还是涡轮流量计，价格都非常高昂。为此在后续核电站设计中尝试选用自带温压补偿的旋进旋涡流量计，从设计上旋进旋涡流量计对介质压力波动不敏感，前后直管段要求比较低（前3 后2），价格相对热式质量流量计和福尔赫曼涡轮流量计具有很大的优势。不过旋进漩涡流量计的使用效果还需在后续系统调试、运行中进行检验。