M310核電站用在線安裝流量計的選型與應用問題研究

李玉榮 李昌磊

（中國核電工程有限公司北京核工程研究設計院 電氣儀控所，中國 北京 100840）

0 引言

目前國內M310 核電站使用的在線安裝流量計主要有浮子（轉子）流量計、橢圓齒輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、渦輪流量計和旋進旋渦流量計等。由于現場的安裝條件往往會直接影響流量計的準確度，因此人們更加關注在實際安裝條件下所選用的流量計的準確度。但由于流量計的種類很多，而選型中又涉及許多技術與經濟因素。必須要綜合考慮這些因素，才有可能同時做到技術上可行和經濟上合理[1]。

1 在線安裝流量計選型依據文件

流量儀表規格書

流量儀表數據表

國際、國內相關的流量計標準

其他相關技術文件（如涉及抗震分析、涂裝、清潔和過程連接有關的技術文件）

2 在線安裝流量計的選型

流量計在工業生產中的應用非常廣泛，由于流量測量技術與流量計類型繁多，測量對象復雜多樣，決定了流量計在應用技術上的復雜性。因此，流量計選型具有很強的技術性和實用性[2]。核電站在線安裝流量計的選型需要綜合考慮2.1 節的技術要求、經驗反饋以及供貨商的資質及供貨業績等。

2.1 技術要求

在線安裝流量計在選型時需要考慮的技術要求主要包括以下內容：

1）工藝參數：包括系統運行期間可能出現的最小/正常/最大流量值、設計/正常壓力值、設計/正常溫度值、介質類型、介質密度和粘度、導電率等。

2）參考精度、重復性、回差和壓力損失：為了滿足顯示和控制精度，需要規定全量程或分段量程內的精度和重復性；為了正確觸發和消除報警，開關量儀表要規定可接受的回差要求；為了減小輸運流體的動力，需要規定流量計可接受的壓力損失。

3）就地指示、輸出信號：一般對于遠傳流量計要求送出4-20mA的信號。

4）供電：對于需要外供電才能工作的儀表，供電電壓為220VAC/50Hz；對于二線制儀表，信號電壓為24VDC；對于流量開關，觸點容量要求48VDC，1A；對于在失去廠供電源而就地仍有指示要求的流量計，則需流量計自帶電池供電。

5）安全分級和抗震等級：所有的在線安裝流量計的安全分級均為非安全級；當所安裝管道有抗震要求時，流量計相應的需滿足1I 要求，即在安全停堆地震（SSE）下必須保持結構完整性。

6）清潔度要求、涂漆要求：根據介質情況規定清潔度要求，在線安裝流量計的清潔度等級有A22、B、C 級；非不銹鋼組件應涂去污漆。

7）電氣連接方式：通常要求供貨商根據買方提供的電纜外徑配備電纜密封頭；對于分體安裝的且傳感器送出特殊信號的電磁流量計和超聲波流量計，由供貨商提供規定長度的電纜與轉換器相接。電纜最低要求為低煙、無鹵、阻燃。

8）材質要求：位于反應堆廠房的儀表，限用鋁。接液材質應選用奧氏體不銹鋼；有些儀表安裝在輻照區域，其采用的非金屬材料應考慮抗輻照能力。

9）過程連接方式、尺寸與布置要求：流量計在管路上的安裝方式主要有法蘭、焊接、螺紋和軟管這幾種；考慮到現場安裝與維護，要規定流量計可接受的最大外形尺寸；為了正確選型和便于就地讀數，要規定流經流量計的介質流動方向。

10）環境條件：對于安裝在易燃易爆區的流量計，應當考慮防爆要求；為了便于運行維護并降低人員的輻照劑量，對于安裝在紅區和橙區的，流量計應采用分體安裝；根據流量計儲存和安裝的環境條件，規定適宜的防護等級。

2.2 流量計選型過程

一般而言，可首先對流量計的特殊要求（防爆要求、輻照要求、抗震要求、防護要求）、被測介質的類型（蒸汽、氣體、液體）、介質導電性、介質密度、介質粘度、介質是否含固體顆粒、介質流向、儀表功能要求（就地還是遠傳，是否需要累積，是否要求測量雙向流）、安裝條件（環境條件和空間位置）等大的方面進行考慮，利用排除法排除不適用的儀表類型，再將具體設計要求（如量程、精度、安裝方式、供電條件、特殊功能要求等）與廠家樣本結合起來，綜合考慮各種儀表類型的優缺點，并最終篩選出能夠滿足測量要求并兼具經濟性的型號。

2.2.1 特殊要求

對于有防爆要求、抗震1I 要求或安裝在紅區、橙區的流量計，首先要確保其在供貨商已有的防爆證書、抗震試驗或抗震分析報告、輻照試驗報告或應用業績的包絡范圍內。對于無法包絡的，供貨合同中要明確處理方案及完成時限。

2.2.2 流量計選型代碼確定

對照供貨商樣本，根據設計要求逐一確定流量計的產品選型代碼，這一組代碼即代表了流量計的完整產品信息。

對于某些儀表（如橢圓齒輪流量計、電磁流量計），查閱選型樣本即可選定合適的儀表量程；而對于某些儀表（如浮子流量計），則需要將過程參數輸入選型軟件后計算得出與量程相對應的錐管號。

3 核電站用在線安裝流量計現狀

目前，國內有不少流量計廠家投入大量資金研制適用于核電站的在線安裝流量計，并通過了抗震和輻照試驗，形成了具有一定成熟度的產品系列，如承德熱河克羅尼儀表有限公司生產的浮子流量計、合肥精大儀表股份有限公司生產的橢圓齒輪流量計以及開封儀表有限公司生產的電磁流量計。這些流量計由國內供貨已經相對比較成熟，無需再由國外采購。

但是還有一些流量計由于性能要求高或安裝空間限制，目前國內還沒有滿足要求的成熟產品，如以下4.2、4.3 節所提到的流量計。

4 選型經驗總結與反饋

4.1 RCV 系統大量程比浮子流量計

嶺澳二期測量主泵泄漏流量的窄量程流量計RCV036/038/040MD，需測量的流量范圍為25～500 L/h，量程比達到20：1。而管路內的最大流量可達1400L/h，流量計有可能長期處于超量程狀態。儀表還要滿足抗震1I 和清潔度A22 的要求。

開封儀表有限公司針對以上要求率先成功研制出滿足寬量程比，并可長期承受超量程的浮子流量計AMH251DY，成功通過了抗震試驗，目前已應用于嶺澳二期核電站，使用情況良好。

4.2 REN 系統低電導率流量計

流量計REN363-366MD 的抗震等級為1I，清潔度等級為A22。所測介質為反應堆冷卻劑，流量最小值為40L/h，最大值為250L/h。測點位于紅區，儀表考慮分體安裝。

儀表安裝位置在除鹽床出口，導電離子被除去，介質中僅有硼酸，電導率在5us/cm 以下。秦山二期這四臺流量計選用的是橢圓齒輪流量計，但應用不理想，現場反饋存在管道中腐蝕產物堵塞齒輪通道，不能轉動的問題。大亞灣和嶺澳核電站選用的是福爾赫曼的渦輪流量計，至今現場未反饋問題，但價格非常昂貴。針對以上情況，目前已有多個流量計廠家開始研制可以和福爾赫曼渦輪流量計相媲美的渦輪流量計，設計中考慮抗震及輻照的要求，將樣機設計的更加堅固，非金屬部件選用耐輻照材料。

4.3 SAR 系統氣體流量計

SAR001MD 測量安全殼內壓空母管的壓縮空氣流量，壓力波動范圍為0.6-0.9MPa。安裝于水平1”管道上，前后直管段都非常有限，上游不遠處為隔離閥且閥后管道有縮徑，下游不遠處為異徑三通。

SAR001MD 在秦山二期選用的是浮子流量計，同時采用溫度計和壓力變送器分別測量壓空母管的溫度和壓力，最后在流量積算儀中進行溫度與壓力的修正，并折算成標準工況下的流量輸出。儀表的最大流量可達80Nm3/h，所選量程為0-80Nm3/h。正常工作流量只有7Nm3/h，處于量程的10%左右，在儀表的不穩定工作區，現場反饋儀表指示一直存在大幅度波動的現象。經咨詢浮子流量計廠家，充硅油可減小壓力波動對儀表輸出的影響，但核電站壓縮空氣品質要求較高，因此充硅油不可行。

秦山二期改造時將2 號機組儀表更換為FOX 熱式質量流量計，量程比可達100：1。但現場使用的經驗反饋標明，效果也不太理想，運行檢修人員多次到儀表安裝現場觀察后，分析產生波動的原因為：流量變送器的出口處離擴大管較近，在此處氣體流動會產生波動，造成氣體流量的不穩定。于是對流量計前后管路進行了優化改造，在儀表安裝位置前后增加口字型的測量環路用于穩流，增大前后直管段以及將測量管線改為與儀表口徑一致不再進行縮擴管處理。經過兩次改造，之后沒有再收到現場關于儀表問題的反饋。

嶺澳一期和二期均選用的是福爾赫曼的氣體渦輪流量計。但無論是熱式質量流量計還是渦輪流量計，價格都非常高昂。為此在后續核電站設計中嘗試選用自帶溫壓補償的旋進旋渦流量計，從設計上旋進旋渦流量計對介質壓力波動不敏感，前后直管段要求比較低（前3 后2），價格相對熱式質量流量計和福爾赫曼渦輪流量計具有很大的優勢。不過旋進漩渦流量計的使用效果還需在后續系統調試、運行中進行檢驗。

5 結束語

核電站使用的在線安裝流量計與普通工業過程用流量計相比，工作環境更為嚴酷，應當充分考慮輻照、抗震等特殊要求。核電站用在線安裝流量計的國產化率已達到較高水平，設計人員要密切關注國產化進程并跟蹤核電現場的使用情況，對于少數目前仍由國外供貨的儀表，爭取早日由國內提供可靠的成熟產品。

［1］孫延祚.論流量計的合理選型[J].自動化儀表：增刊，2007，28：52-55.

［2］張羽.淺談流量計的選型及其應用[J].自動化與儀表，2007（1）：22-24.

注釋：

①文中提到的RCV、REN 和SAR 均為M310 核電站工藝系統代碼.