摘要: 國內(nèi) CPR1000 核電機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評(píng)價(jià)基本采用對(duì)數(shù)平均溫度法, 評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方案及機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況,運(yùn)用 ASME PTC19.1 誤差分析理論,對(duì)當(dāng)前智能溫度變送器熱力性能評(píng)價(jià)方案進(jìn)行詳細(xì)的誤差分析公式推導(dǎo)和實(shí)例驗(yàn)證,完善了 CPR1000 核電機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評(píng)價(jià)方案。
0 引言
在電站正常運(yùn)行工況或事故運(yùn)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(jī)組的安全運(yùn)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(píng)價(jià)。
對(duì)于核電廠重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評(píng)價(jià), 國內(nèi) CPR1000 機(jī)組普遍采用對(duì)數(shù)平均溫度法?紤]到測(cè)量誤差將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響, 而目前的評(píng)價(jià)方法中并沒有詳細(xì)的誤差分析計(jì)算。 通過對(duì)對(duì)數(shù)平均溫度法進(jìn)行詳細(xì)的誤差分析推導(dǎo), 結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)給出各試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響分析。
1 智能溫度變送器熱力評(píng)價(jià)方法
對(duì)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
對(duì)數(shù)平均溫度法。 根據(jù)智能溫度變送器數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)際運(yùn)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(duì)智能溫度變送器換熱能力的多種工況要求, 計(jì)算出智能溫度變送器傳熱系數(shù)的#低安全限值,進(jìn)而求得傳熱系數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值 [ 3 ] 。 試驗(yàn)要求計(jì)算 KA 大于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)視為智能溫度變送器性能滿足要求。
式中: K S 為傳熱系數(shù)評(píng)價(jià)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(jì)算各試驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量偏差時(shí)需要測(cè)量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)偏差進(jìn)行合成。根據(jù) ASME PTC19.1 第 6.2 節(jié)對(duì)測(cè)量參數(shù)的系統(tǒng)偏差的描述 [ 4 ] ,測(cè)量參數(shù)的系統(tǒng)偏差 b x 為所有測(cè)量環(huán)節(jié)偏差 b xi 平方和的平方根,計(jì)算公式如下
根據(jù)間接測(cè)量參數(shù)的不確定度理論, 對(duì)間接測(cè)量參數(shù)誤差計(jì)算通過誤差合成實(shí)現(xiàn)。 對(duì)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(biāo)準(zhǔn)偏差傳遞公式 [ 5 ]
2.2 對(duì)數(shù)平均溫度法誤差分析
根據(jù)誤差分析理論, 對(duì)數(shù)平均溫度法的誤差計(jì)算推導(dǎo)
3 應(yīng)用實(shí)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(yàn)參數(shù)測(cè)量示意圖。 智能溫度變送器的熱流體流量測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)合羅斯蒙特差壓變送器進(jìn)行測(cè)量,冷流體流量采用外置式超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量, 智能溫度變送器進(jìn)出口溫度采用 A 級(jí)鉑電阻結(jié)合溫度變送器進(jìn)行測(cè)量。
對(duì)于超聲波流量計(jì),流量測(cè)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(cè)量不確定度, 0.684 89%
對(duì)于智能溫度變送器冷側(cè)和熱側(cè)流體進(jìn)口溫度, 采用 A級(jí)鉑電阻結(jié)合溫度變送器進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)公式( 4 )溫度測(cè)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(cè)量不確定度;對(duì)于 A 級(jí)鉑電阻,根據(jù)guojia計(jì)量檢定規(guī)程 [ 6 ] ,鉑電阻測(cè)量偏差
在某核電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中, 由于海水溫度變化范圍較大,設(shè)計(jì)運(yùn)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(jì)溫度范圍內(nèi), 對(duì)
智能溫度變送器海水側(cè)流體采用旁流設(shè)計(jì), 同時(shí)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(shí)采用冷側(cè)單智能溫度變送器運(yùn)行方案。 智能溫度變送器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行流程如圖 2~3 所示。
圖 2 和圖 3 中, MT , YT 表示溫度測(cè)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(cè)量儀表; RF 表示智能溫度變送器。
對(duì)于冷側(cè)流體單智能溫度變送器運(yùn)行方案, 熱側(cè)流體平均流過兩個(gè)智能溫度變送器, 熱側(cè)流體流量測(cè)量偏差覺對(duì)值參照全流量減半。
對(duì)于智能溫度變送器出口溫度測(cè)量偏差, 當(dāng)雙換熱同時(shí)運(yùn)行時(shí):
對(duì)于冷側(cè)單智能溫度變送器運(yùn)行時(shí), 智能溫度變送器出口溫度偏差計(jì)算方法參照式( 22 )。
對(duì)于冷側(cè)流量測(cè)量偏差, 當(dāng)沒有冷側(cè)流體旁流時(shí),計(jì)算方法參照式( 16 ),對(duì)于有有旁流情況,需要考慮旁路流量測(cè)量偏差的影響。
根據(jù)以上對(duì)數(shù)平均溫度法誤差計(jì)算理論, 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況,對(duì)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(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。 3 種運(yùn)行工況原始參數(shù)參見表 1 , 誤差計(jì)算中間過程數(shù)據(jù)及計(jì)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(yùn)行,無旁路流量;工況 Ⅱ :雙智能溫度變送器運(yùn)行,有旁路流量;工況 Ⅲ :?jiǎn)沃悄軠囟茸兯推鬟\(yùn)行,有旁路流量。
4 結(jié)語
針對(duì)當(dāng)前 CPR1000 核電機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)智能溫度變送器熱力性能評(píng)價(jià)方案, 通過詳細(xì)誤差計(jì)算的公式推導(dǎo)和實(shí)例驗(yàn)證, 解決了當(dāng)前試驗(yàn)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(jì)
算傳熱系數(shù)偏差分別為: 4.8% 、 5.75% 和 1.26% 。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中熱側(cè)流體始終流過雙智能溫度變送器,計(jì)算中假設(shè)流體平均分配到 2 個(gè)智能溫度變送器, 實(shí)際運(yùn)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(cè)流體雙智能溫度變送器運(yùn)行工況同樣存在該問題。 對(duì)于雙智能溫度變送器運(yùn)行工況, 2 個(gè)智能溫度變送器相當(dāng)于一個(gè)整體,流體分配偏差對(duì)誤差計(jì)算結(jié)果基本無影響。 對(duì)于單換熱運(yùn)行工況,由于熱側(cè)流體依然流過兩個(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(duì)試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果和誤差分析結(jié)果均會(huì)產(chǎn)生較大影響,需要重點(diǎn)關(guān)注。 因此,當(dāng)單智能溫度變送器運(yùn)行工況時(shí)需要重點(diǎn)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(duì)整體試驗(yàn)結(jié)果的影響。
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