海外华龙一号蒸汽流量测量通道验证

2023-10-25胡家成

仪器仪表用户 2023年11期

胡家成

（中核武汉核电运行技术股份有限公司，武汉 430223）

卡拉奇K2 机组是海外第一台华龙一号堆型，反应堆热功率3050MW，电功率1145MW，机组于2015 年8 月20日开工建设，2021 年5 月20 日移交巴方。

主蒸汽流量是监测核电厂运行的重要参数，核电厂的主蒸汽流量信号用于启动安全注射和启动主蒸汽管线的隔离、控制主给水阀开度，并在蒸汽和给水流量失配与任何一台蒸汽发生器低水位符合时触发反应堆紧急停堆，也可用于发电功率的计算。当机组进入装料后启动阶段，需要对蒸汽发生器蒸汽流量通道进行全面的检查验证，确保各功率平台下所有蒸汽流量通道精度满足要求。

1 主蒸汽系统介绍及蒸汽流量测量

1.1 主蒸汽系统

主蒸汽系统（TSM）用于将蒸汽由蒸汽发生器输送到汽轮机及凝汽器、汽水分离再热器、除氧器等设备。主蒸汽系统与主给水流量控制系统（TFM），启动给水系统（TFS）和辅助给水系统（TFA）一起，用于在电厂正常运行工况、紧急工况及事故工况下排出由反应堆产生的热量。主蒸汽系统主要由主蒸汽管线、主蒸汽隔离阀（MSIV）、蒸汽发生器安全阀（MSSV）、疏水管线及其他阀门等设备组成，主蒸汽系统的正常运行是指机组运行在5%以上汽轮机负荷且发电机处于并网状态。在该负荷下，堆芯功率和汽轮机负荷处于平衡状态，反应堆和汽轮机控制系统处于自动控制状态，汽轮机旁路系统（TSA/TSC）隔离。正常运行工况下，主蒸汽隔离阀开启，主蒸汽安全阀关闭，MSIV 旁路管线关闭，辅助给水泵汽轮机供气管线上的隔离阀开启，让管线处于连续加热状态，MSIV 上游疏水管线隔离。当处于厂用电负荷或者汽轮机停机时，堆芯功率和汽轮机负荷不平衡，多余蒸汽通过汽轮机旁路系统排到凝汽器中[1]。

1.2 主蒸汽流量测量

主蒸汽差压流量测量的压力来源取自于不同的系统：高压端取自于主给水流量控制系统（TFM）蒸发器液位测量仪表的低压端；低压端取自于主蒸汽流量测量的节流件管段末端。高、低压测量管线均将蒸汽介质引至冷凝罐的侧面接口，并在冷凝罐形成标高稳定的引压液面，从冷凝罐的下侧接口通过仪表管线与差压变送器连接，将蒸汽流量节流件前后的压差通过冷凝水传导至差压变送器的高、低压测量端口[2]，如图1 所示。

图1 主蒸汽流量测量示意图Fig.1 Schematic diagram of main steam flow measurement

主蒸汽流量测量信号由12 台流量测量变送器及相关DCS 卡件组成，每个环路有4 台流量变送器，3 个环路共计12 台，分别是TSM001MD ～TSM012MD。主蒸汽流量变送器是上海光华生产的CECC(H3)/K-55E0G22B5S1(T)型变送器，设计量程是0t/h ～2500t/h，变送器差压范围是0Kpa ～99.6Kpa，变送器的精度等级是0.777%，安全级控制系统卡件精度等级是0.25%，非安全级控制系统卡件精度等级是0.05%。主蒸汽流量测量通道信号用于引发反应堆停堆、安全注入和蒸汽管线隔离等。

2 蒸汽流量通道试验

2.1 试验目的和先决条件

在反应堆功率上升阶段，验证二回路主蒸汽流量等仪表通道的有效性，确保主蒸汽流量的测量值和参考值的误差满足设计要求。

主蒸汽流量传感器TSM001MD、002MD、003MD、004MD、005MD、006MD、007MD、008MD、009MD、010MD、011MD、012MD 和主蒸汽母管压力变送器TSM024、025MP 已正确安装且校验合格可用，相关的TSM通道试验已执行。蒸汽流量变送器零点检查应在电站临界状态之前或者蒸汽发生器（SG）处于隔离状态时的额定热备用状态，主蒸汽隔离阀、旁路隔离阀及旁排阀关闭之后进行。蒸汽流量变送器零点检查是在每台蒸汽发生器上逐个进行，该蒸发器应与二回路其它部分的蒸汽与给水侧隔离。

2.2 试验过程

2.2.1 零位调整

主蒸汽流量变送器在正常运行工况下容易出现零点漂移，因此机组在热停堆工况下，需要验证蒸汽流量变送器的零点。

在热停堆期间，分别对12 台蒸汽流量变送器进行零位调整，每个环路须单独操作，零位调整前需主控室操纵员配合关闭3 台主蒸汽隔离阀，关闭一个环路汽轮机旁路-A系统（TSA）大气释放阀，确保当前环路无蒸汽流动，将环路压力保持在一个相对稳定的范围，避免对零位调整造成干扰。由于长时间憋压，会导致一回路温度和压力升高，所以必须同时确保其他两个环路汽轮机旁路-A 系统大气释放阀开启。根据以往工作经验，将变送器零点输出调整为4.02mA，由于管线可能有蒸汽波动，故需多次验证变送器零位准确性。在保证零位调整准确的前提下，尽量快速完成3 个环路蒸汽流量计零位调整工作，然后恢复TSA 大气释放阀为自动状态。

2.2.2 通道验证

在变送器零位调整完成后，分别在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平台，对TSM 系统蒸汽流量通道进行验证。蒸汽流量通道验证参考以下参数及公式：

1）Qfw0：参考流量，2TFM005-007YD 孔板变送器测量流量。

2）Qfw：文丘里管测量的给水流量。

3）ξ0、ξfw：测量不确定性。

4）Qbd：蒸发器排污流量。

5）Qst0：蒸汽流量，2TSM001 ～012MD 变送器测量流量。

6）ξbd、ξst：排污精度，蒸汽流量精度。

7）Pref：参考压力。

8）Ptsm：蒸汽母管压力。

9）ξref、ξtsm：测量不确定性。

用ΔP计算蒸汽流量。

ρ：在PV 时的密度。

ΔP：传感器差压。

K：由边界条件定义。

Qst=Qr0（Qr0：流量变送器量程[T/h]）。

ΔP=R0（R0：流量变送器量程[kPa]）。

ρ=ρ0，ρ0为压力P0时的密度。

流量计算公式如下：

由ΔP测量产生的误差：

饱和蒸汽测量范围是6.8MPa ～7.63MPa，设计院根据蒸汽压力和饱和蒸汽密度拟合出压力-蒸汽密度曲线，ρ=5.9P-4.82 且ρAVG=38 Kg/m3。

因而

试验压力表的δP值为0.0125Mpa：

另外

2.3 试验中出现的问题

根据设计院的指导文件《主给水和主蒸汽系统名义值的确定和仪表通道标定检查》要求，蒸汽流量必须满足：|Qfw0-Qbd-Qst|＜ξst+ξ0+ξbd。其中，Qfw0 为热平衡给出的给水参考流量；Qbd 为蒸汽排污流量；Qst 为蒸汽流量；ξ0 为孔板测量精度；ξbd 为排污精度；ξst 为蒸汽流量精度[3]。在15%FP、25%FP、50%FP 平台，所有蒸汽流量通道均满足要求。在75%FP、90%FP、100%FP 功率平台，蒸汽流量通道精度不符合误差要求。具体数据见表1。

表1 75%FP、90%FP、100%FP功率平台蒸汽流量通道数据Table 1 Steam flow channel data of 75% FP, 90% FP, and 100% FP power platforms

表2 一环各功率平台蒸汽流量通道数据Table 2 Steam flow channel data of each power platform in the first ring

3 蒸汽流量通道解决方案

在反应堆功率重新升至各平台后，对参考流量和实测流量的偏差进行重新判定。如果偏差再次超过要求值，使用临时方案对需要再次调整量程的通道进行单独在线修正。

3.1 新量程计算

如果差压变送器零点被正确调整，并且冗余通道之间的偏差不超过允许范围，就需要计算变送器的新量程；执行校验可使测量通道的指示值和100%FP 下热平衡获得的参考值一致。如果在100%FP 不满足准则，需使Qref=Q。Qref由热平衡给出，Q由相关通道给出。于是：

Rn：新量程

以一环为例，在反应堆功率达到90%FP 时，整理收集各功率平台数据，根据功率平台和平均蒸汽流量拟合出FP - AVE(Qst)曲线，y=1935.6x-60.144。根据功率平台和平均参考蒸汽流量拟合出FP - AVE(Qref)曲线，y=2087.1x-82.157。根据∆P 和(Qref/Qr)2拟合出∆P-(Qref/Qr)2曲线，y =87.242x+ 0.0996。提前预估出变送器新的量程，初步制定量程修改方案，等待功率升至100%FP 时读取相关参数，然后计算真正的新量程，将初步估算值和最终计算值进行对比，两者数值非常接近。

根据计算公式计算预估新量程为Rn1=99.6×1875.46×1875.46÷2004.94÷2004.94=87.15，实际新量程为Rn1=99.6×1894.97×1894.97÷2018.20÷2018.20=87.8。

根据100%FP 满功率平台实际数据计算，3 个环路新量程不一致。分别是一环新量程为0kPa ～87.8kPa，二环新量程为0kPa ～88.8kPa，三环新量程为0kPa ～87.2kPa。计算出新量程后组织交流讨论，新量程数据得到调试专家组及设计院代表认可。

3.2 新量程验证

在100%FP 下计算出的新量程可以通过∆P 和Qref之间的线性反演算来验证，即Qref=f（∆P）的反演算。在不同功率水平下：

式（8）中：Qref为参考流量（热平衡）；ρ为密度（热平衡）；ρ0为传感器在校验时的密度。

用获得的值∆P 进行线性反演算：

如果符合下列条件，则标定结果正确：

A ≈Rn B ≈0

在此情况下，线性反演算校正系数≈1。在功率提升结束前，不能重新调整量程和零点，否则，线性反演算的结果就不可靠。

新量程验证，根据调整前75%FP、90%FP、100%FP功率平台数据，利用∆P 反推新量程后对应的流量，然后计算所有通道误差，所有通道满足精度要求。表3 是调整后75%功率平台反推数据。

表4 调整量程后90%FP平台蒸汽流量通道反推数据Table 4 Reverse extrapolation data of 90% FP platform steam flow channel after adjusting the range

3.3 变送器量程调整及零位调整

调整就地变送器量程，将12 块变送器的量程从99.6kPa 调整到新量程，同时在合适的窗口重新调整零位。

在热停堆期间准备好变送器、万用表、打压仪、呆扳手、螺丝刀等备件和工器具。由于流量测量变送器安装在反应堆厂房，属于辐射控制区，因而在去现场调整前先在办公室进行预操作，提前让工作组成员熟悉操作步骤和注意事项，提高现场工作效率，减少辐射环境下的工作时间。现场进行量程调整时，关闭变送器三阀组，将变送器正压腔引压管拆除，连接打压仪，确认管线无漏气后用打压仪输出压力为新的量程值，同时用万用表测量此时的电流值，顺时针调整满量程旋钮，万用表显示接近20mA 时进行微调，20mA 时停止调整。多次重复该操作，确保新量程调整无误。单个变送器量程调整完成后，恢复连接管线，投用变送器。变送器量程调整工作可3 个环路同时进行，加快现场工作进度。

3.4 DCS量程修改

主蒸汽流量变送器流量信号送非安全级控制系统参与蒸发器水位调节控制，送安全级控制系统参与反应堆保护控制。在IPC 和IPG 系统分别对12 块蒸汽流量变送器进行量程修改下装，确保DCS 侧量程参数和就地仪表量程参数保持一致。

4 重新试验

主蒸汽流量变送器量程调整完成及DCS 通道量程修改完成后，根据工期安排，按照《验证蒸汽发生器给水流量和蒸汽流量测量通道》调试规程要求，分别在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平台，重新对TSM 系统流量通道进行试验分析，经过多次反复读取试验相关数据，计算得出所有蒸汽流量通道精度均满足误差要求。