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)及誤差分析

摘要： 國(guó)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(wèn)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�通過(guò)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(guó)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(méi)有詳細(xì)的誤差分析計(jì)算。 通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)低導(dǎo)致泥沙沉積等問(wèn)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?jī)x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?jī)x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(guò)兩個(gè)智能溫度變送器， 熱側(cè)流體流量測(cè)量偏差覺(jué)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(méi)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(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(shù)據(jù)計(jì)算。 3 種運(yùn)行工況原始參數(shù)參見(jiàn)表 1 ， 誤差計(jì)算中間過(guò)程數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表 2 。

表 1 和表 2 中，工況 Ⅰ ：雙智能溫度變送器運(yùn)行，無(wú)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(yǔ)

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(guò)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(wèn)題；通過(guò)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(guò)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(wèn)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(wú)影響。 對(duì)于單換熱運(yùn)行工況，由于熱側(cè)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(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。