节能降耗在核电厂流量仪表的应用

                            节能降耗在核电厂流量仪表的应用

【流量仪表是核电厂测量中的重要仪表之一，其中孔板流量计的应用。由于孔板流量计*压力损失的存在，会造成额外的能源耗费。考虑到当前节能降耗已成为我国经济建设的重中之重，本文结合华龙一号核电厂具体孔板的选型情况，探讨采用低压力损失流量仪表替代孔板的应用前景。
　　一、华龙一号核电厂流量测量现状
　　华龙一号核电站作为一种将核能转化为电能的重要设施，其运行效果与国民经济和人们日常生活有着密切。为了保证其运行效率和质量，节流装置配差压仪表、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计、容积式流量计、旋进旋涡流量计等各种各样流量仪表被应用在华龙一号核电站，用以衡量核电站相关数据的量变过程和结果，为监测核电站运行提供科学的有效手段。在这些流量仪表中，节流装置中的孔板配差压仪表，在华龙一号核电站的流量测量中应用。
二、华龙一号核电站孔板流量测量应用情况
　　目前华龙一号核电站的孔板按照机械等级分为核级和非核级两类。核级孔板依据ＲCC－M《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》，对于制造、材料，焊接和试验等方面与传统机械设备的设计要求存在一定区别，目的是为保证核电厂的安全运行。按照双机组计算，目前核级孔板约有224块，非核级孔板约有75块。根据安装管道口径，孔板口径覆盖DN50至DN700。测量介质包括液体，气体和蒸汽。介质设计温度在40℃至316℃，设计压力覆盖0.2MPa至24MPa。
　　与孔板配套使用的差压仪表，根据电气分级的不同，分为核级仪表和非核级仪表;根据检测位置的不同，分为远传差压变送器和就地差压表;根据检测目的不同，分为*安装仪表和临时安装的试验仪表。
三、孔板测量简介和优缺点
（一）孔板测量简介。孔板是在管道中安装了一个中间为圆孔的节流件，迫使流动的流束截面变小，流速加快，压力降低，与前方未节流的流体压力形成了差压，差压的开方与流量成正比。通过差压仪表配合，可测得管道的流量。
(二)孔板的优点。孔板的优点是具有大量测试数据，这些数据得到了标准组织的认可，无需实流校准;其结构易于复制，简单、牢固;应用范围广，测量流体范围广(液、气、蒸汽)、一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量。针对核电站环境，部分厂房存在辐照，而孔板材质为金属，辐照对其无影响，因此孔板在核电站应用比较广泛。
(三)孔板的缺点。孔板的缺点如测量的重复性、度在流量传感器中属于中等水平;测量量程比窄，一般仅3:1～4:1;有较长的前后直管段长度要求，一般难于满足;孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证。除此之外，由于存在节流孔，导致压力损失大，会造成能源的额外消耗。
四、采用低压损流量仪表代替孔板流量计的节能分析
(一)孔板能耗费用。孔板的能耗与孔板造成的*压力损失有关，能耗计算公式［1］为:
W=(Δω×Q)/η(1)
　　式中:W—能耗值，W(瓦);Δω—*压损值，Pa;Q工况下的体积流量值，m3/s;η—泵和电动机的效率，一般取0.85。年能耗费的计算公式［2］为:
年能耗费(元/年)=(W/1000)×(运行时数/年)×(元/千瓦小时)(2)
(二)采用超声波流量计替代孔板的节能分析。超声波流量计由于在管道中没有阻力件，压力损失小，相对孔板均有较小的前后直管段要求，目前在华龙一号核电厂中也有不少应用。如替代孔板测量，可有效降低压力损失从而减低能耗。下面从两个典型流量测点分析超声波替代孔板的节能应用可行性。
1.设冷水公共环路入口流量测量WCC021MD。设冷水公共环路入口流量仪表WCC021MD采用非核级差压变送器进行测量并远传至主控室指示。该测点的正常流量为2216m3/h，孔板的*压力损失约为29.2KPa，该测点基本全年均需运行，假设电费为1元/千瓦小时，根据公式(1)和(2)，该测点使用孔板测量的年能耗费用约在18.5万元。
　　分析该测点更换为超声波流量计的可行性。该测点的介质为设备冷却水，介质的设计压力为1.35MPa，设计温度为40℃。测点所在管道口径为DN650，管道的机械等级为核级，需要考虑抗震完整性。该测点的孔板布置在绿区。根据上面的条件分析，可考虑采用外夹式超声波流量计，这种替代不会影响管道完整性。
　　与差压变送器相比，超声波流量计需额外考虑220VAC供电，目前华龙一号核电厂采用的超声波流量计的功率都不大于30W，为简化分析，均按照30W计算，则超声波流量计年运行费用约为270元。因此，如将该测点流量测量由孔板改为超声波流量计，每年运行成本将节省约18万元。考虑初期的采购成本，采购外夹式超声波流量计比采购差压变送器和孔板约贵10万元。一般核电厂的仪表使用时间为10年，因此综合考虑采购成本和运行成本，采用超声波流量计每年约可节省17万元。
2.WNC101/202/303CS入口设冷水临时流量测量WCC101/202/203YD。WNC101/202/303CS入口设冷水流量测量仪表WCC101/202/203YD为临时安装的流量仪表，在平时正常运行的时候不使用，在设备检修和定期试验的时候会临时安装上进行测量。每个测点的正常流量为450m3/h，孔板的*压力损失约为34.2KPa，测点基本全年均需运行，仍假设电费为1元/千瓦小时，根据公式(1)和(2)，每个测点使用孔板测量的年能耗费用约在4.3万元。
　　由于该测点仅在设备检修或定期试验的时候才临时安装使用，测点安装在绿区，如考虑取消孔板，在需要使用时采用现场已有的移动式超声波流量计进行测量，无需额外设备采购费用，这样每个测点每年可节省约4.3万元。
五、结语
　　根据实例分析，通过对典型孔板测点进行选型替换，可带来可观的经济收益，存在实现节能降耗的应用前景。由于流量仪表选型替换可能影响到设计文件、运行规程、配电、业主使用习惯等的变化，如后续实施，需各方面积极沟通，保证节能降耗应用的顺利开展。