【內(nèi)容摘要】流量?jī)x表是核電廠測(cè)量中的重要儀表之一，其中孔板流量計(jì)的應(yīng)用最為廣泛。由于孔板流量計(jì)永久壓力損失的存在，會(huì)造成額外的能源耗費(fèi)�？紤]到當(dāng)前節(jié)能降耗已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重中之重，本文結(jié)合核電廠具體孔板的選型情況，探討采用低壓力損失流量?jī)x表替代孔板的應(yīng)用前景。
為貫徹落實(shí)《中華人民共和國節(jié)約能源法》《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》(國發(fā)［2013］30號(hào))規(guī)定和要求，國家發(fā)展和改革委員會(huì)一直致力于加快節(jié)能技術(shù)進(jìn)步和推廣普及，引導(dǎo)用能單位采用先進(jìn)適用的節(jié)能新技術(shù)、新裝備、新工藝，促進(jìn)能源資源節(jié)約集約利用，緩解資源環(huán)境壓力的工作，積極在電力、化工、鋼鐵、有色金屬等行業(yè)推行節(jié)能技術(shù)。核電站作為電力行業(yè)，應(yīng)響應(yīng)國家號(hào)召，積極探尋節(jié)能手段。本文主要探討核電站流量?jī)x表選型方面節(jié)能降耗的前景。
一、核電廠流量測(cè)量現(xiàn)狀
核電站作為一種將核能轉(zhuǎn)化為電能的重要設(shè)施，其運(yùn)行效果與國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ钣兄芮新?lián)系。為了保證其運(yùn)行效率和質(zhì)量，節(jié)流裝置配差壓儀表、電磁流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、容積式流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)等各種各樣流量?jī)x表被應(yīng)用在核電站，用以衡量核電站相關(guān)數(shù)據(jù)的量變過程和結(jié)果，為監(jiān)測(cè)核電站運(yùn)行提供科學(xué)的有效手段。在這些流量?jī)x表中，節(jié)流裝置中的孔板配差壓儀表，在核電站的流量測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛。
二、核電站孔板流量測(cè)量應(yīng)用情況
目前核電站的孔板按照機(jī)械等級(jí)分為核級(jí)和非核級(jí)兩類。核級(jí)孔板依據(jù)ＲCC－M《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》，對(duì)于制造、材料，焊接和試驗(yàn)等方面與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)要求存在一定區(qū)別，目的是為保證核電廠的安全運(yùn)行。按照雙機(jī)組計(jì)算，目前核級(jí)孔板約有224塊，非核級(jí)孔板約有75塊。根據(jù)安裝管道口徑，孔板口徑覆蓋DN50至DN700。測(cè)量介質(zhì)包括液體，氣體和蒸汽。介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度在40℃至316℃，設(shè)計(jì)壓力覆蓋0.2MPa至24MPa。
與孔板配套使用的差壓儀表，根據(jù)電氣分級(jí)的不同，分為核級(jí)儀表和非核級(jí)儀表;根據(jù)檢測(cè)位置的不同，分為遠(yuǎn)傳差壓變送器和就地差壓表;根據(jù)檢測(cè)目的不同，分為永久安裝儀表和臨時(shí)安裝的試驗(yàn)儀表。
三、孔板測(cè)量簡(jiǎn)介和優(yōu)缺點(diǎn)
（一）孔板測(cè)量簡(jiǎn)介。孔板是在管道中安裝了一個(gè)中間為圓孔的節(jié)流件，迫使流動(dòng)的流束截面變小，流速加快，壓力降低，與前方未節(jié)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(cè)得管道的流量。
(二)孔板的優(yōu)點(diǎn)�？装宓膬�(yōu)點(diǎn)是具有大量測(cè)試數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn);其結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡(jiǎn)單、牢固;應(yīng)用范圍廣，測(cè)量流體范圍廣(液、氣、蒸汽)、一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以測(cè)量。針對(duì)核電站環(huán)境，部分廠房存在輻照，而孔板材質(zhì)為金屬，輻照對(duì)其無影響，因此孔板在核電站應(yīng)用比較廣泛。
(三)孔板的缺點(diǎn)。孔板的缺點(diǎn)如測(cè)量的重復(fù)性、精度在流量傳感器中屬于中等水平;測(cè)量量程比窄，一般僅3:1～4:1;有較長(zhǎng)的前后直管段長(zhǎng)度要求，一般難于滿足;孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此傳感器對(duì)腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長(zhǎng)期使用精度難以保證。除此之外，由于存在節(jié)流孔，導(dǎo)致壓力損失大，會(huì)造成能源的額外消耗。
四、采用低壓損流量?jī)x表代替孔板流量計(jì)的節(jié)能分析
(一)孔板能耗費(fèi)用�？装宓哪芎呐c孔板造成的永久壓力損失有關(guān)，能耗計(jì)算公式［1］為:
W=(Δω×Q)/η(1)
式中:W—能耗值，W(瓦);Δω—永久壓損值，Pa;Q工況下的體積流量值，m3/s;η—泵和電動(dòng)機(jī)的效率，一般取0.85。年能耗費(fèi)的計(jì)算公式［2］為:
年能耗費(fèi)(元/年)=(W/1000)×(運(yùn)行時(shí)數(shù)/年)×(元/千瓦小時(shí))(2)
(二)采用超聲波流量計(jì)替代孔板的節(jié)能分析。超聲波流量計(jì)由于在管道中沒有阻力件，壓力損失小，相對(duì)孔板均有較小的前后直管段要求，目前在核電廠中也有不少應(yīng)用。如替代孔板測(cè)量，可有效降低壓力損失從而減低能耗。下面從兩個(gè)典型流量測(cè)點(diǎn)分析超聲波替代孔板的節(jié)能應(yīng)用可行性。
1.設(shè)冷水公共環(huán)路入口流量測(cè)量WCC021MD。設(shè)冷水公共環(huán)路入口流量?jī)x表WCC021MD采用非核級(jí)差壓變送器進(jìn)行測(cè)量并遠(yuǎn)傳至主控室指示。該測(cè)點(diǎn)的正常流量為2216m3/h，孔板的永久壓力損失約為29.2KPa，該測(cè)點(diǎn)基本全年均需運(yùn)行，假設(shè)電費(fèi)為1元/千瓦小時(shí)，根據(jù)公式(1)和(2)，該測(cè)點(diǎn)使用孔板測(cè)量的年能耗費(fèi)用約在18.5萬元。
分析該測(cè)點(diǎn)更換為超聲波流量計(jì)的可行性。該測(cè)點(diǎn)的介質(zhì)為設(shè)備冷卻水，介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力為1.35MPa，設(shè)計(jì)溫度為40℃。測(cè)點(diǎn)所在管道口徑為DN650，管道的機(jī)械等級(jí)為核級(jí)，需要考慮抗震完整性。該測(cè)點(diǎn)的孔板布置在綠區(qū)。根據(jù)上面的條件分析，可考慮采用外夾式超聲波流量計(jì)，這種替代不會(huì)影響管道完整性。
與差壓變送器相比，超聲波流量計(jì)需額外考慮220VAC供電，目前核電廠采用的超聲波流量計(jì)的功率都不大于30W，為簡(jiǎn)化分析，均按照30W計(jì)算，則超聲波流量計(jì)年運(yùn)行費(fèi)用約為270元。因此，如將該測(cè)點(diǎn)流量測(cè)量由孔板改為超聲波流量計(jì)，每年運(yùn)行成本將節(jié)省約18萬元�？紤]初期的采購成本，采購外夾式超聲波流量計(jì)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(shí)間為10年，因此綜合考慮采購成本和運(yùn)行成本，采用超聲波流量計(jì)每年約可節(jié)省17萬元。
2.WNC101/202/303CS入口設(shè)冷水臨時(shí)流量測(cè)量WCC101/202/203YD。WNC101/202/303CS入口設(shè)冷水流量測(cè)量?jī)x表WCC101/202/203YD為臨時(shí)安裝的流量?jī)x表，在平時(shí)正常運(yùn)行的時(shí)候不使用，在設(shè)備檢修和定期試驗(yàn)的時(shí)候會(huì)臨時(shí)安裝上進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的正常流量為450m3/h，孔板的永久壓力損失約為34.2KPa，測(cè)點(diǎn)基本全年均需運(yùn)行，仍假設(shè)電費(fèi)為1元/千瓦小時(shí)，根據(jù)公式(1)和(2)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)使用孔板測(cè)量的年能耗費(fèi)用約在4.3萬元。
由于該測(cè)點(diǎn)僅在設(shè)備檢修或定期試驗(yàn)的時(shí)候才臨時(shí)安裝使用，測(cè)點(diǎn)安裝在綠區(qū)，如考慮取消孔板，在需要使用時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)已有的移動(dòng)式超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，無需額外設(shè)備采購費(fèi)用，這樣每個(gè)測(cè)點(diǎn)每年可節(jié)省約4.3萬元。
五、結(jié)語
根據(jù)實(shí)例分析，通過對(duì)典型孔板測(cè)點(diǎn)進(jìn)行選型替換，可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益，存在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的應(yīng)用前景。由于流量?jī)x表選型替換可能影響到設(shè)計(jì)文件、運(yùn)行規(guī)程、配電、業(yè)主使用習(xí)慣等的變化，如后續(xù)實(shí)施，需各方面積極溝通，保證節(jié)能降耗應(yīng)用的順利開展。
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