一回路压差式流量计对调试试验的影响及改进

杨 抒

（中核国电漳州能源有限公司，福建漳州 363300）

0 引言

某核电机组调试启动过程中，热停堆平台时，在停运一台主泵后准备执行稳压器连续喷雾调节试验时，因为两个主泵运行中的环路流量出现波动，制约了试验需要停运第二台主泵的操作，同时影响到后续主泵冷却剂流量验证等调试试验的执行。

1 某核电厂一回路流量测量和显示原理

某核电厂一回路流量计以百分比数的形式参与DCS 逻辑阈值判断和主控室显示，显示量程范围为0～120%。一回路流量测量通过在每台主泵进出口并联4 个正式压差测量传感器以及一个调试时使用的试验仪表，测量主泵进出口压差。

在这种设计特性下，能够采用基于主泵电功率计算流量的方法计算出主泵稳定运行时的出口体积流量，即该环路的体积流量Q=P有效功率/（ρgH）。其中，P有效功率=ηPe，Pe为主泵电功率，通过现场功率表测量；η 为主泵效率，由厂家提供数据；H 为主泵扬程，通过压差表测量到的主泵进、出口压差，结合主泵进、出口引压管高度差，以及阻力修正计算得出。

在该回路体积流量Q 工况下，以此时压差测量传感器测量的主泵进出口压差数值基准，通过修正系数k 标定压差传感器输出的控制电流，使其在DCS 上输出显示为100%，并用于逻辑判断的控制信号。

2 异常情况及分析排查

热停平台，3 台主泵同时运行，一回路流量表显示约为105%FP（此时修正系数k 尚未最终标定，流量显示数值略大）。为配合调试试验RCS51 稳压器连续喷雾调节试验和RCS59 反应堆流量验证试验执行，需要停运一、二环路的主泵，维持三环主泵运行工况。在停运一环主泵后，发现停运的一环路显示流量从约105%FP 降低至35%FP，而另外两台主泵环路显示流量从105%FP 降至约96%FP、降幅约8%～9%（FP 为满功率）。

假设每停一台主泵会导致在运行的环路流量计下降9%，此时若再停运一台主泵则有可能导致3 个环路流量均低于88.8%FP 低定值，触发防误稀释保护信号。

3 一回路实际流量变化分析

首先需要判断停运一台主泵后，另外两个主泵运行中的环路的流量真实变化情况如何。通过一回路2.8 MPa 平台试验执行RCS59 的试验数据，主泵功率法计算环路流量与实测的流量计压差见表1。

表1 主泵功率法计算环路流量与实测流量计压差

以RCS001PO 为例，当一环路上RCS001PO 单泵运行时，此时单台主泵运行在一回路流道结构中的最大机械流量为Qmax；三泵运行时，形成3 台泵并联运行的工况，此时单台主泵运行在当前流场下的最低流量为Qmin。Qmax实测的本环路主泵进出口压差ΔP三泵运行小于Qmin时实测的本环路主泵进出口压差ΔP单泵运行，相应地压差表的输出电流I1小于I3，反映到DCS 示数中即QDCS1小于QDCS3。因此，在主泵逐台启动的过程中，运行中的主泵流量逐渐降低：Qmin=Q3

两台泵同时运行时，运行中的两个环路，每个环路的流量Q2分别小于单台主泵运行时的流量Q1。

因此当热停堆平台从3 台主泵运行的工况下停运一台主泵时，对应另外两个有主泵运行的环路，应有每环流量Q2'>Q3。

在现场确认主泵转速正常、母线电压正常，并排除一回路流量仪表迁移、充水排气不充分等影响仪表测量的问题后，还需要从主泵和仪表设计特性上进一步查明和佐证流量显示变化的原因。

3.1 主泵流量特性排查

主泵为轴流式泵，具有流量上升、扬程降低的特性（表2）。

表2 测量主泵一环路停运前后的输出功率变化 kW

停运一台主泵后，在运行的两台主泵输出功率下降。结合前文中对一回路实际流量变化情况的分析结果，主泵因流量上升导致输出功率下降，符合主泵特性曲线。

3.2 仪表特性排查

5 号机组一回路差压测量传感器低压侧从主泵入口管线引出压力测点，高压侧从主泵出口管线引出压力测点，该布置下测量的压差近似等于主泵运行时的进出口压差ΔP。通过轴流泵扬程简化公式H=ΔP/ρg 可知，ΔP 与H 存在正相关性：当主泵流量增大，扬程减小，ΔP 降低，仪表测量的压差减小，仪表输出电流减小，在比例系数k 不变时，在主控显示和参与逻辑控制的流量百分比数降低。

3.3 分析结论

采用的主泵进、出口压差测量仪表换算的一回路测量流量，在3 个环路主泵均正常运行时，能够较好地测量一回路的流量。但是当一回路出现偏环运行时，有主泵运行的环路中压差式流量计的流量显示变化与实际流量变化可能呈现相反的变化趋势。

4 流量计特性对调试试验的影响

热停堆平台时执行的调试试验RCS51 稳压器连续喷雾调节试验。该试验为标定稳压器喷淋阀控制开度、测量稳压器热损失，需停运两个与稳压器喷淋管线所在的环路的主泵，维持三环主泵单泵运行工况。根据主泵运行趋势，单台主泵停运后运行中的两个环路的流量变化趋势，停一台主泵导致另外两个环显示流量减低8%～9%。若再停运一台主泵，两个环路已经产生冷却剂流量低信号，此时受压差式流量计测量特性的影响，主泵在运行的环路的显示流量将进一步降低，从而三环流量读数均低于88.8%FP，产生失去强迫循环信号，叠加RHR（余排系统）隔离信号，P16 非（功率量程＜40%）信号将触发ADP 防误稀释保护信号，防误稀释保护逻辑动作，RCV 泵入口从容控箱切换至内置换料水箱，破坏机组正常运行工况，影响机组运行控制和RCS51试验的进行。

同时，RCS59 试验也需要单台主泵轮流运行的工况来测量主泵单泵运行时的ΔP 参数和电机功率参数，用于计算单台主泵的机械流量。

为避免因停运第二台主泵触发防误稀释保护信号，调试时通过临时调整k 值，增大流量测量的输出结果，避免单泵运行环路的流量低于88.8%FP，并通过TMOD（临时控制变更）手动闭锁防误稀释保护功能，造成试验期间防误稀释保护功能不可用，进入运行限制条件。

严格限制RCS51 和RCS59 的试验时间，这在一定程度上增加了试验的风险，对试验准备提出更高的要求。RCS59 要求单泵下主要是记录压差、主泵电气数据，所需时间较短，影响较小。RCS51 要求三环主泵单泵稳定运行30 min 以上，勉强满足运行限制条件的1 h 内回复防误稀释保护可用的要求。

5 优化改进方向

分析可采用“主泵压差测量+弯管式流量计”的方式，消除压差式流量计在偏环运行工况对调试试验的影响。

5.1 弯管流量计特性

弯管流量计的本质是测量管道弯头处同一截面上内径流体与外径流体的动压差。当流体流过管道弯头时，弯管上同一截面上内外侧流体所受的向心力不同，通过弯管内径的流体与弯管外径的流体将产生压差，弯管内径与外径的压差与流过该截面的体积流量存在比例关系。因此，在弯管处同一截面的内径和外径处引出压力测量口，精确测量内、外径之间的压差便可以计算出该回路的体积流量。

弯管流量计测量的压差变化能直接反应该回路流量的变化，且不受该回路主泵运行与否的影响。我国从岭澳核电站开始在M310 和AP1000 堆型上普遍采用弯管式流量计，有成熟的设计、工程经验和优秀的运行业绩，且弯管式流量有耐高温、可靠性强等优点。

5.2 优化方案设想

5.2.1 增设主管道弯管处流量测量

在每个环路主管道过渡段弯管处同一截面位置的内侧引出取压管线，外侧引出一个取压管线，设置流量传感器进行流量测量，分别由对应保护子组供电。在每个环路上，形成本环路的“冷却剂流量低1（88.8%FP）”与“冷却剂流量低2（50%FP）”信号：P8 信号存在时，任意一个环路触发冷却剂流量低1 信号，产生反应堆自动停堆信号；P7 信号存在时，任意两个环路触发冷却剂流量低1 信号，产生反应堆自动停堆信号；当3 个环路都出现冷却剂流量低1 信号，产生“失去强迫循环”信号；当3 个环路都出现冷却剂流量低2 信号，叠加一回路压力低和热段温度低信号，产生P15 信号。

5.2.2 优化主泵进出口压差测量仪表数量

在有弯管式流量计的情况下，可以减少主泵进出口压差测量仪表。例如，每个回路保留2 个主泵进出口压差测量传感器，分别由两个保护子组供电，当一个子组下3 个压力测量传感器中的任意2 个低于设定值时，产生主泵压差低信号。在中破口以上事故工况中，安注信号和停堆信号同时存在，任意一个保护子组的主泵压差低信号产生都将触发主泵自动停运信号。

5.3 优化方案的分析

压差式流量计+弯管式流量计的优化，实现了3 种计算一回路冷却剂流量的方式。本文原来的方法仍具有可行性，改进后的两个主泵进、出口压差表仍然可以用于测量主泵进、出口压差，基于主泵电功率得到一回路流量。同时，新增的弯管式流量计也提供了两种M310 堆型传统的计算一回路流量的方案：

5.3.1 在弯管式流量计下基于反应堆冷却剂泵电功率

通过近似公式W=a-bQ2，其中W 为主泵电功率、a 和b 为厂家提供的试验系数。单台主泵运行时，有W1=a-bQ12，3 台主泵同时运行时，有W3=a-bQ32。因为Q12/Q32=ΔP1/ΔP3，而ΔP1和ΔP3分别是单环主泵运行和3 个环路主泵全运行时从弯管流量计处测得的平均压降，所以Q32=（W3-W1）/［b（ΔP1/ΔP3-1）］。

因此，只要从测量主泵电功率和弯管式流量计读取内径和外径之间的压差，便可得到主泵的流量。

5.3.2 基于弯管式流量计主管道内外径之间压差ΔP 计算流量

6 结论

采用主泵进出口压差表加弯管流量计的设计改进，增加了调试期间一回路流量测量试验的多样性。降低调试期间停运主泵触发保护信号的风险，调试期间执行RCS51 和RCS59 试验时不用额外闭锁防误稀释保护信号，减少机组记录运行限制条件的情况，同时为调试期间一回路流量测量提供多种对比手段，增加调试试验灵活性。