文丘里管在核电厂主给水流量测量系统中的应用

李小波 向秋芳

(中核集团海南核电有限公司，海南 海口 572733)

文丘里管在核电厂主给水流量测量系统中的应用

李小波 向秋芳

(中核集团海南核电有限公司，海南 海口 572733)

详细介绍了高压文丘里管在核电厂主给水流量测量系统中的应用和标定情况，提供了大量有价值的经验和数据，对于核电站运行和维护人员加深对文丘里管的认识和优化应用起到了极大的作用。

核电厂，主给水系统，文丘里管，流出系数

0 引言

蒸汽发生器传热能力的大小和效率高低，直接影响着汽轮发电机组出力和整个核电厂的热效率，主给水系统的流量大小是反映机组出力情况的重要依据之一。对于主给水系统的流量测量系统的要求是：既要使主给水在管道里顺畅通过，准确测量出主给水系统管道里流量大小，又不致引起较大的压力损失，以提高效能。

1 系统结构及组成概述

以该核电厂二期扩建工程3号机组主给水系统文丘里管和孔板为例，单台机组只有两个环路，每台机组包含2台文丘里管和2台孔板，分A列和B列布置，并在实体上和电气上均进行隔离放置(包括流量变送器在内)。主给水流量测量系统由以下几个部分组成：主给水文丘里管、电容式差压变送器(分宽量程和窄量程)、标定孔板、显示和控制单元。其中以A列为例，主给水流量测量系统结构图见图1。

主给水系统文丘里管和孔板在工艺结构上串行连接，文丘里管在上游，而孔板安装在下游。从厂房布置上文丘里管(ARE009KD)安装在NX厂房的主给水管道上，每台文丘里管含3对取压孔(正负压腔采用环室取压)，每对取压孔又分出2个取压口，通过6台差压变送器(宽量程和窄量程变送器各3台)用于测量主给水系统的给水流量；而主给水系统孔板(ARE101KD)安装在WX厂房，仅仅在调试试验和运行期间用于对文丘里管测得的流量进行对比，或在超雷诺数工况时检验文丘里管测得的流量。

2 文丘里管工作原理

由于文丘里管是主给水流量系统测量信号的源头，又是整个测量系统的核心部件，以下将对其测量原理进行介绍[1]。秦山二期扩建工程主给水系统文丘里管按照GB/T 2624—93(国际标准ISO5167—1991)标准中的粗焊铁板收缩段型经典文丘里管进行设计，由上游直管段、环室取压孔、圆锥收缩段、圆筒喉部、喉部取压孔、圆锥扩散段和下游直管段依次连接而组成的取压装置(文丘里管简图见图2)。

主给水文丘里管的取压装置共包括3对正负取压孔，取压孔之间按120°角均匀分布，每一对取压孔都分两路，并将各自测得的差压信号分别送往一个宽量程和一个窄量程差压式流量变送器。通过变送器将相应的流量信号送到主控室、给水流量调节系统、蒸发器水位调节系统、保护系统和ATWT系统。

3 主给水文丘里管的特点

根据GB/T 2624—93中对各种文丘里管特点的描述和比较，三种常用类型的文丘里管流出系数不确定度参考值、缺点和适用范围见表1，也是一般工程上选择采用何种文丘里管类型的基本依据。

表1 常见文丘里管类型和特点对比

根据表1，GB/T 2624—93中各种文丘里管主要特点，某核电二期工程主给水系统文丘里管总体特点是一个要求耐高压、高测量精度、高运行年限(正常运行40年以上)的高技术要求的文丘里管[3]。

4 误差分析

考虑到主给水系统文丘里管实际工作范围，本次标定试验考核的雷诺数范围为：0.80×106～1.56×106，在分析和计算中选取的参数为后六个点。

误差分析和计算参数计算方法：

2)标定值流出系数C标定值的大小为Ci中最大值和最小值的算术平均值，计算公式为：

在表中可以看出最大值和最小值分别为C10和C7，代入计算得出：C标定值=0.982 4。

3)相对误差δCi/Ci(线性度e1i)的计算公式为：

子弹从舱内被抛出后,各层速度大小不同,各枚速度方向不同,从而形成一定的散布,根据子弹出舱后的受力情况,建立其质心运动模型。

最终的相对误差大小为δCi/Ci中的最大值，即δC/C=0.14%，线性度e1=0.14%，是误差分析和计算的必备元素。

4)重复性e2i，根据GB/T 2624—1993附件B中的计算公式B5，如下：

其中，ta为置信度为95%的n次检定的t分布的置信系数，在计算中ta是根据6次检定的进行分析和计算，取ta=2.571，而e2的大小同样取e2i中的最大值0.12%，即重复性e2=0.12%，是误差计算的必备元素。

5)标定装置的精度e3，国家权威计量部门对上海热工所的标定装置本身进行检定，精度为：e3=0.105%。

6)e(Hi)为差压测量装置的基本误差限，标定试验中使用的是威尔泰变送器，其精度经过检定满足0.1%的精度等级，e(ΔP)=e(Hi)=0.1%，为变送器精度。

该误差分析的结果显示，主给水文丘里管流出系数的不确定度为0.3%，远远高于GB/T 2624—1993标准中对粗焊铁板收缩段型(卷板)文丘里管规定的不确定度(1.5%)。该流出系数的不确定度(0.3%)即为整套节流装置的综合精度(包含变送器、测量装置等的综合误差)。

5 应用注意及优化建议

1)由于文丘里管等节流设备会给系统带来压力损失，而压力的损失将导致能量的无形损失，进而直接影响到机组出力和热效率，在设计和计算过程中一定要注意严格控制设计压力损失，不能超过设计限值[2]。目前主给水文丘里管在18 kPa左右(远小于设计要求的30 kPa)。

设计时关于文丘里管前后直管段的设计，提高机械加工的精度，对于需要严格保证机械加工精度和尺寸的部件，一定要采用高精度的加工设备，根据现在的机加工行业水平，一般要求将公差控制在0.05%以内，以充分保障在机加工环节有很高的精度。

2)重要参数选取，对于文丘里管前后直管段的设计，特别是管道内径在200 mm～1 200 mm的大口径文丘里管，尽量将重要参数孔径比β控制在0.4～0.7之间(本项目中文丘里管的β值为0.589)；对于文丘里管的收缩段前直管道最小长度应不低于D(管道内径)，保证进入收缩段的流体为稳定流体；而对于扩散段的加工一定将扩散角控制在7°～15°之间[2]，利于流体的平稳扩张，避免压力突降，也能有效地减少压力损失。

6 结语

通过以上对某核电二期工程3号机组主给水系统文丘里管及特点的介绍和实流标定分析，可以看出该文丘里管适用于核电厂高温高压使用环境，测量精度和压力损失指标都远高于国家标准的要求，确保使用寿命能达到40年以上。因此该主给水系统的文丘里管在各项技术方面都满足核电站工艺系统的要求，完全能胜任对主给水系统的流量测量工作。

[1] GB/T 2624—1993，流量测量节流装置用孔板、喷嘴、文丘里管测量充满圆管的流体流量[S].

[2] 孙淮清，王建中.流量测量节流装置设计手册[M].北京：化学工业出版社，2005.

Application of the main water flow measurement system of nuclear power plant Venturi

Li Xiaobo Xiang Qiufang

(CNNCHainanNuclearPowerCo.,Ltd,Haikou572733,China)

This paper introduces the high voltage application of Venturi tube in the main water flow measurement and calibration system in nuclear power plant, this paper provides a lot of valuable experience and data, for the nuclear power plant operation and maintenance personnel to deepen the understanding and application of the optimization of the Venturi tube to help very large.

nuclear power plant, the main water supply system, the Venturi tube, discharge coefficient

2015-02-27

李小波(1982- )，男，工程师; 向秋芳(1982- )，女，工程师

1009-6825(2015)13-0134-02

TU991

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