核電廠(chǎng)重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)及誤差分析

摘要： 國內 CPR1000 核電機組重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)基本采用對數平均溫度法， 評價(jià)方案中缺少誤差分析。 為了解決誤差分析缺失問(wèn)題，結合當前智能溫度變送器熱力評價(jià)方案及機組實(shí)際運行工況，運用 ASME PTC19.1 誤差分析理論，對當前智能溫度變送器熱力性能評價(jià)方案進(jìn)行詳細的誤差分析公式推導和實(shí)例驗證，完善了 CPR1000 核電機組重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)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(chǎng)設備冷卻水系統所傳輸的熱量都需要通過(guò)重要廠(chǎng)用水系統的智能溫度變送器傳輸到海水中 ［ 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。 根據安全監督要求， 各核電廠(chǎng)均需要定期執行重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)。

對于核電廠(chǎng)重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)， 國內 CPR1000 機組普遍采用對數平均溫度法�？紤]到測量誤差將對試驗結果產(chǎn)生一定影響， 而目前的評價(jià)方法中并沒(méi)有詳細的誤差分析計算。 通過(guò)對對數平均溫度法進(jìn)行詳細的誤差分析推導， 結合實(shí)際運行數據給出各試驗參數測量誤差對試驗結果的影響分析。

1 智能溫度變送器熱力評價(jià)方法

對于逆流板式智能溫度變送器，忽略熱量損失，根據能量守恒其熱平衡方程為

對數平均溫度法。 根據智能溫度變送器數設計原理及傳熱學(xué)的理論 ［ 2 ］ ，智能溫度變送器的傳熱系數是與智能溫度變送器結構參數、板片參數、實(shí)際運行工況下冷熱流體的流量及入口溫度相關(guān)的參數。 基于傳熱系數的影響因素，結合核電廠(chǎng)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的#低安全限值，進(jìn)而求得傳熱系數的評價(jià)標準值 ［ 3 ］ 。 試驗要求計算 KA 大于評價(jià)標準視為智能溫度變送器性能滿(mǎn)足要求。

式中： K S 為傳熱系數評價(jià)標準值。

2 誤差分析公式推導

2.1 誤差分析理論

在計算各試驗參數的測量偏差時(shí)需要測量系統各環(huán)節偏差進(jìn)行合成。根據 ASME PTC19.1 第 6.2 節對測量參數的系統偏差的描述 ［ 4 ］ ，測量參數的系統偏差 b x 為所有測量環(huán)節偏差 b xi 平方和的平方根，計算公式如下

根據間接測量參數的不確定度理論， 對間接測量參數誤差計算通過(guò)誤差合成實(shí)現。 對于 n 個(gè)好立變量 x i ， i＝1 ， 2 ，…， n ， y=f （ x 1 ， x 2 ，…， x n ），方和根合成法求標準偏差傳遞公式 ［ 5 ］

2.2 對數平均溫度法誤差分析

根據誤差分析理論， 對數平均溫度法的誤差計算推導

3 應用實(shí)例

圖 1 為某核電廠(chǎng)的重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器效率試驗參數測量示意圖。 智能溫度變送器的熱流體流量測量采用標準孔板結合羅斯蒙特差壓變送器進(jìn)行測量，冷流體流量采用外置式超聲波流量計進(jìn)行測量， 智能溫度變送器進(jìn)出口溫度采用 A 級鉑電阻結合溫度變送器進(jìn)行測量。

對于超聲波流量計，流量測量不確定度

 

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% 

對于智能溫度變送器冷側和熱側流體進(jìn)口溫度， 采用 A級鉑電阻結合溫度變送器進(jìn)行測量，根據公式（ 4 ）溫度測量不確定度：

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guojia計量檢定規程 ［ 6 ］ ，鉑電阻測量偏差

在某核電機組實(shí)際運行過(guò)程中， 由于海水溫度變化范圍較大，設計運行范圍為 -2.5~31.5 ℃ ，在低溫條件下容易導致熱側流體溫度過(guò)低甚至結冰， 為了確保熱側流體始終處于設計溫度范圍內， 對智能溫度變送器海水側流體采用旁流設計， 同時(shí)為了避免智能溫度變送器內冷側流體流速過(guò)低導致泥沙沉積等問(wèn)題， 在冬季溫度較低時(shí)采用冷側單智能溫度變送器運行方案。 智能溫度變送器現場(chǎng)運行流程如圖 2~3 所示。

圖 2 和圖 3 中， MT ， YT 表示溫度測量?jì)x表； SEC表示冷流體側； RRI 表示熱流體側； MD 表示流量測量?jì)x表； RF 表示智能溫度變送器。

對于冷側流體單智能溫度變送器運行方案， 熱側流體平均流過(guò)兩個(gè)智能溫度變送器， 熱側流體流量測量偏差覺(jué)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， 當雙換熱同時(shí)運行時(shí)：

對于冷側單智能溫度變送器運行時(shí)， 智能溫度變送器出口溫度偏差計算方法參照式（ 22 ）。

對于冷側流量測量偏差， 當沒(méi)有冷側流體旁流時(shí)，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。

根據以上對數平均溫度法誤差計算理論， 結合現場(chǎng)實(shí)際運行工況，對雙智能溫度變送器無(wú)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(jìn)行數據計算。 3 種運行工況原始參數參見(jiàn)表 1 ， 誤差計算中間過(guò)程數據及計算結果參見(jiàn)表 2 。

表 1 和表 2 中，工況 Ⅰ ：雙智能溫度變送器運行，無(wú)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 ：?jiǎn)沃悄軠囟茸兯推鬟\行，有旁路流量。

4 結語(yǔ)

針對當前 CPR1000 核電機組重要廠(chǎng)用水系統智能溫度變送器熱力性能評價(jià)方案， 通過(guò)詳細誤差計算的公式推導和實(shí)例驗證， 解決了當前試驗方案中缺少誤差分析的問(wèn)題；通過(guò)表 1 和表 2 中數據， 3 種工況計算傳熱系數偏差分別為： 4.8% 、 5.75% 和 1.26% 。機組實(shí)際運行中熱側流體始終流過(guò)雙智能溫度變送器，計算中假設流體平均分配到 2 個(gè)智能溫度變送器， 實(shí)際運行中 2 個(gè)智能溫度變送器流體分配中定然會(huì )存在一定偏差，冷側流體雙智能溫度變送器運行工況同樣存在該問(wèn)題。 對于雙智能溫度變送器運行工況， 2 個(gè)智能溫度變送器相當于一個(gè)整體，流體分配偏差對誤差計算結果基本無(wú)影響。 對于單換熱運行工況，由于熱側流體依然流過(guò)兩個(gè)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果和誤差分析結果均會(huì )產(chǎn)生較大影響，需要重點(diǎn)關(guān)注。 因此，當單智能溫度變送器運行工況時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注熱側和冷側換熱量偏差， 如果兩側換熱量偏差較大需要關(guān)注流體分配偏差對整體試驗結果的影響。