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核電廠重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價及誤差分析

作時間:2019-09-15  來源:  作者:
   
摘要: 國內(nèi) CPR1000 核電機組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價基本采用對數(shù)平均溫度法, 評價方案中缺少誤差分析。 為了解決誤差分析缺失問題,結(jié)合當(dāng)前智能溫度變送器熱力評價方案及機組實際運行工況,運用 ASME PTC19.1 誤差分析理論,對當(dāng)前智能溫度變送器熱力性能評價方案進行詳細(xì)的誤差分析公式推導(dǎo)和實例驗證,完善了 CPR1000 核電機組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價方案。
0 引言
在電站正常運行工況或事故運行工況下, 核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)所傳輸?shù)臒崃慷夹枰ㄟ^重要廠用水系統(tǒng)的智能溫度變送器傳輸?shù)胶K?[ 1 ] ,智能溫度變送器的熱力性能將直接影響到機組的安全運行。 根據(jù)安全監(jiān)督要求, 各核電廠均需要定期執(zhí)行重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價。
對于核電廠重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價, 國內(nèi) CPR1000 機組普遍采用對數(shù)平均溫度法?紤]到測量誤差將對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響, 而目前的評價方法中并沒有詳細(xì)的誤差分析計算。 通過對對數(shù)平均溫度法進行詳細(xì)的誤差分析推導(dǎo), 結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)給出各試驗參數(shù)測量誤差對試驗結(jié)果的影響分析。
1 智能溫度變送器熱力評價方法
對于逆流板式智能溫度變送器,忽略熱量損失,根據(jù)能量守恒其熱平衡方程為
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對數(shù)平均溫度法。 根據(jù)智能溫度變送器數(shù)設(shè)計原理及傳熱學(xué)的理論 [ 2 ] ,智能溫度變送器的傳熱系數(shù)是與智能溫度變送器結(jié)構(gòu)參數(shù)、板片參數(shù)、實際運行工況下冷熱流體的流量及入口溫度相關(guān)的參數(shù)。 基于傳熱系數(shù)的影響因素,結(jié)合核電廠對智能溫度變送器換熱能力的多種工況要求, 計算出智能溫度變送器傳熱系數(shù)的#低安全限值,進而求得傳熱系數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)值 [ 3 ] 。 試驗要求計算 KA 大于評價標(biāo)準(zhǔn)視為智能溫度變送器性能滿足要求。
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式中: K S 為傳熱系數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)值。
2 誤差分析公式推導(dǎo)
2.1 誤差分析理論
在計算各試驗參數(shù)的測量偏差時需要測量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)偏差進行合成。根據(jù) ASME PTC19.1 第 6.2 節(jié)對測量參數(shù)的系統(tǒng)偏差的描述 [ 4 ] ,測量參數(shù)的系統(tǒng)偏差 b x 為所有測量環(huán)節(jié)偏差 b xi 平方和的平方根,計算公式如下
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根據(jù)間接測量參數(shù)的不確定度理論, 對間接測量參數(shù)誤差計算通過誤差合成實現(xiàn)。 對于 n 個好立變量 x i , i=1 , 2 ,…, n , y=f ( x 1 , x 2 ,…, x n ),方和根合成法求標(biāo)準(zhǔn)偏差傳遞公式 [ 5 ]
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2.2 對數(shù)平均溫度法誤差分析
根據(jù)誤差分析理論, 對數(shù)平均溫度法的誤差計算推導(dǎo)
20190915093724.jpg20190915093736.jpg
3 應(yīng)用實例
圖 1 為某核電廠的重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器效率試驗參數(shù)測量示意圖。 智能溫度變送器的熱流體流量測量采用標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)合羅斯蒙特差壓變送器進行測量,冷流體流量采用外置式超聲波流量計進行測量, 智能溫度變送器進出口溫度采用 A 級鉑電阻結(jié)合溫度變送器進行測量。
對于超聲波流量計,流量測量不確定度
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式中: ε 3 為差壓變送器精度, 0.25% ; ε KD 為孔板測量不確定度, 0.684 89% 
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對于智能溫度變送器冷側(cè)和熱側(cè)流體進口溫度, 采用 A級鉑電阻結(jié)合溫度變送器進行測量,根據(jù)公式( 4 )溫度測量不確定度:
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式中: ε 5 為溫度變送器精度, 0.1% ; ε 4i 為溫度傳感器測量不確定度;對于 A 級鉑電阻,根據(jù)guojia計量檢定規(guī)程 [ 6 ] ,鉑電阻測量偏差
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在某核電機組實際運行過程中, 由于海水溫度變化范圍較大,設(shè)計運行范圍為 -2.5~31.5 ℃ ,在低溫條件下容易導(dǎo)致熱側(cè)流體溫度過低甚至結(jié)冰, 為了確保熱側(cè)流體始終處于設(shè)計溫度范圍內(nèi), 對智能溫度變送器海水側(cè)流體采用旁流設(shè)計, 同時為了避免智能溫度變送器內(nèi)冷側(cè)流體流速過低導(dǎo)致泥沙沉積等問題, 在冬季溫度較低時采用冷側(cè)單智能溫度變送器運行方案。 智能溫度變送器現(xiàn)場運行流程如圖 2~3 所示。
圖 2 和圖 3 中, MT , YT 表示溫度測量儀表; SEC表示冷流體側(cè); RRI 表示熱流體側(cè); MD 表示流量測量儀表; RF 表示智能溫度變送器。
對于冷側(cè)流體單智能溫度變送器運行方案, 熱側(cè)流體平均流過兩個智能溫度變送器, 熱側(cè)流體流量測量偏差覺對值參照全流量減半。
對于智能溫度變送器出口溫度測量偏差, 當(dāng)雙換熱同時運行時:
企業(yè)微信截圖_20190915093901.jpg
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對于冷側(cè)單智能溫度變送器運行時, 智能溫度變送器出口溫度偏差計算方法參照式( 22 )。
對于冷側(cè)流量測量偏差, 當(dāng)沒有冷側(cè)流體旁流時,計算方法參照式( 16 ),對于有有旁流情況,需要考慮旁路流量測量偏差的影響。
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根據(jù)以上對數(shù)平均溫度法誤差計算理論, 結(jié)合現(xiàn)場實際運行工況,對雙智能溫度變送器無旁流、雙智能溫度變送器有旁流及單智能溫度變送器有旁流 3 種工況進行數(shù)據(jù)計算。 3 種運行工況原始參數(shù)參見表 1 , 誤差計算中間過程數(shù)據(jù)及計算結(jié)果參見表 2 。
表 1 和表 2 中,工況 Ⅰ :雙智能溫度變送器運行,無旁路流量;工況 Ⅱ :雙智能溫度變送器運行,有旁路流量;工況 Ⅲ :單智能溫度變送器運行,有旁路流量。
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4 結(jié)語
針對當(dāng)前 CPR1000 核電機組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評價方案, 通過詳細(xì)誤差計算的公式推導(dǎo)和實例驗證, 解決了當(dāng)前試驗方案中缺少誤差分析的問題;通過表 1 和表 2 中數(shù)據(jù), 3 種工況計20190915094030.jpg算傳熱系數(shù)偏差分別為: 4.8% 、 5.75% 和 1.26% 。機組實際運行中熱側(cè)流體始終流過雙智能溫度變送器,計算中假設(shè)流體平均分配到 2 個智能溫度變送器, 實際運行中 2 個智能溫度變送器流體分配中定然會存在一定偏差,冷側(cè)流體雙智能溫度變送器運行工況同樣存在該問題。 對于雙智能溫度變送器運行工況, 2 個智能溫度變送器相當(dāng)于一個整體,流體分配偏差對誤差計算結(jié)果基本無影響。 對于單換熱運行工況,由于熱側(cè)流體依然流過兩個智能溫度變送器,智能溫度變送器流量采用總流量減半方案, 流體分配均勻性對試驗計算結(jié)果和誤差分析結(jié)果均會產(chǎn)生較大影響,需要重點關(guān)注。 因此,當(dāng)單智能溫度變送器運行工況時需要重點關(guān)注熱側(cè)和冷側(cè)換熱量偏差, 如果兩側(cè)換熱量偏差較大需要關(guān)注流體分配偏差對整體試驗結(jié)果的影響。
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