節能降耗在核電廠流量儀表的應用

【流量儀表是核電廠測量中的重要儀表之一，其中孔板流量計的應用。由于孔板流量計*壓力損失的存在，會造成額外的能源耗費。考慮到當前節能降耗已成為我國經濟建設的重中之重，本文結合華龍一號核電廠具體孔板的選型情況，探討采用低壓力損失流量儀表替代孔板的應用前景。
　　一、華龍一號核電廠流量測量現狀
　　華龍一號核電站作為一種將核能轉化為電能的重要設施，其運行效果與國民經濟和人們日常生活有著密切。為了保證其運行效率和質量，節流裝置配差壓儀表、電磁流量計、轉子流量計、超聲波流量計、容積式流量計、旋進旋渦流量計等各種各樣流量儀表被應用在華龍一號核電站，用以衡量核電站相關數據的量變過程和結果，為監測核電站運行提供科學的有效手段。在這些流量儀表中，節流裝置中的孔板配差壓儀表，在華龍一號核電站的流量測量中應用。
二、華龍一號核電站孔板流量測量應用情況
　　目前華龍一號核電站的孔板按照機械等級分為核級和非核級兩類。核級孔板依據ＲCC－M《壓水堆核島機械設備設計和建造規則》，對于制造、材料，焊接和試驗等方面與傳統機械設備的設計要求存在一定區別，目的是為保證核電廠的安全運行。按照雙機組計算，目前核級孔板約有224塊，非核級孔板約有75塊。根據安裝管道口徑，孔板口徑覆蓋DN50至DN700。測量介質包括液體，氣體和蒸汽。介質設計溫度在40℃至316℃，設計壓力覆蓋0.2MPa至24MPa。
　　與孔板配套使用的差壓儀表，根據電氣分級的不同，分為核級儀表和非核級儀表;根據檢測位置的不同，分為遠傳差壓變送器和就地差壓表;根據檢測目的不同，分為*安裝儀表和臨時安裝的試驗儀表。
三、孔板測量簡介和優缺點
（一）孔板測量簡介。孔板是在管道中安裝了一個中間為圓孔的節流件，迫使流動的流束截面變小，流速加快，壓力降低，與前方未節流的流體壓力形成了差壓，差壓的開方與流量成正比。通過差壓儀表配合，可測得管道的流量。
(二)孔板的優點。孔板的優點是具有大量測試數據，這些數據得到了標準組織的認可，無需實流校準;其結構易于復制，簡單、牢固;應用范圍廣，測量流體范圍廣(液、氣、蒸汽)、一般生產過程的管徑、工作狀態(溫度、壓力)皆可以測量。針對核電站環境，部分廠房存在輻照，而孔板材質為金屬，輻照對其無影響，因此孔板在核電站應用比較廣泛。
(三)孔板的缺點。孔板的缺點如測量的重復性、度在流量傳感器中屬于中等水平;測量量程比窄，一般僅3:1～4:1;有較長的前后直管段長度要求，一般難于滿足;孔板以內孔銳角線來保證精度，因此傳感器對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證。除此之外，由于存在節流孔，導致壓力損失大，會造成能源的額外消耗。
四、采用低壓損流量儀表代替孔板流量計的節能分析
(一)孔板能耗費用。孔板的能耗與孔板造成的*壓力損失有關，能耗計算公式［1］為:
W=(Δω×Q)/η(1)
　　式中:W—能耗值，W(瓦);Δω—*壓損值，Pa;Q工況下的體積流量值，m3/s;η—泵和電動機的效率，一般取0.85。年能耗費的計算公式［2］為:
年能耗費(元/年)=(W/1000)×(運行時數/年)×(元/千瓦小時)(2)
(二)采用超聲波流量計替代孔板的節能分析。超聲波流量計由于在管道中沒有阻力件，壓力損失小，相對孔板均有較小的前后直管段要求，目前在華龍一號核電廠中也有不少應用。如替代孔板測量，可有效降低壓力損失從而減低能耗。下面從兩個典型流量測點分析超聲波替代孔板的節能應用可行性。
1.設冷水公共環路入口流量測量WCC021MD。設冷水公共環路入口流量儀表WCC021MD采用非核級差壓變送器進行測量并遠傳至主控室指示。該測點的正常流量為2216m3/h，孔板的*壓力損失約為29.2KPa，該測點基本全年均需運行，假設電費為1元/千瓦小時，根據公式(1)和(2)，該測點使用孔板測量的年能耗費用約在18.5萬元。
　　分析該測點更換為超聲波流量計的可行性。該測點的介質為設備冷卻水，介質的設計壓力為1.35MPa，設計溫度為40℃。測點所在管道口徑為DN650，管道的機械等級為核級，需要考慮抗震完整性。該測點的孔板布置在綠區。根據上面的條件分析，可考慮采用外夾式超聲波流量計，這種替代不會影響管道完整性。
　　與差壓變送器相比，超聲波流量計需額外考慮220VAC供電，目前華龍一號核電廠采用的超聲波流量計的功率都不大于30W，為簡化分析，均按照30W計算，則超聲波流量計年運行費用約為270元。因此，如將該測點流量測量由孔板改為超聲波流量計，每年運行成本將節省約18萬元。考慮初期的采購成本，采購外夾式超聲波流量計比采購差壓變送器和孔板約貴10萬元。一般核電廠的儀表使用時間為10年，因此綜合考慮采購成本和運行成本，采用超聲波流量計每年約可節省17萬元。
2.WNC101/202/303CS入口設冷水臨時流量測量WCC101/202/203YD。WNC101/202/303CS入口設冷水流量測量儀表WCC101/202/203YD為臨時安裝的流量儀表，在平時正常運行的時候不使用，在設備檢修和定期試驗的時候會臨時安裝上進行測量。每個測點的正常流量為450m3/h，孔板的*壓力損失約為34.2KPa，測點基本全年均需運行，仍假設電費為1元/千瓦小時，根據公式(1)和(2)，每個測點使用孔板測量的年能耗費用約在4.3萬元。
　　由于該測點僅在設備檢修或定期試驗的時候才臨時安裝使用，測點安裝在綠區，如考慮取消孔板，在需要使用時采用現場已有的移動式超聲波流量計進行測量，無需額外設備采購費用，這樣每個測點每年可節省約4.3萬元。
五、結語
　　根據實例分析，通過對典型孔板測點進行選型替換，可帶來可觀的經濟收益，存在實現節能降耗的應用前景。由于流量儀表選型替換可能影響到設計文件、運行規程、配電、業主使用習慣等的變化，如后續實施，需各方面積極溝通，保證節能降耗應用的順利開展。