CN103871522A - 一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂系统过程测量方法，具体涉及一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法。一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，它包括如下步骤，（1）仪表系统设置；（2）获得基本参数；（3））获得基本测量数据；（4）密度计算；（5）水位计算。本发明的优点是，在采用数字化后，可以对不同测量工况下的稳压器水、水蒸气、参考管水的密度以及稳压器本体的热膨胀进行实时计算，是测量系统可以确保在任何工况下都可以直接测量到实际水位，提高了测量的精度，减轻了运行人员负担。

Description

一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法

技术领域

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂系统过程测量方法，具体涉及一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法。

背景技术

在压水堆核电站中，稳压器的水位代表反应堆冷却剂系统的水装量，是重要的保护参数，当稳压器水位过高时会直接触发停堆保护。此外，稳压器水位控制系统也是反应堆五大控制系统之一，因此，尽可能精确地测量稳压器水位对电厂的安全经济运行是十分必要的。

稳压器的水位测量通常采用差压法，即通过差压变送器测量上下取压口之间的差压，然后信号处理系统根据差压计算得到稳压器内的实际水位。测量系统示意图如图1所示：

由于稳压器需要工作在水的饱和态才能有效地应对压力变化瞬态，因此，稳压器内的水和蒸汽都是相同的温度，即饱和温度。

图1中：稳压器内的水和蒸汽温度均为Tp；稳压器内蒸气的密度为ρ_v；稳压器内水的密度为ρ_L；稳压器水位测量下部取压口标高L1；稳压器水位测量上部取压口标高L2；稳压器水位测量上、下部取压口标高差dp；稳压器水位相对于下部取压口高度差Lp；冷凝容器标高L3；冷凝容器距离下部取压口之间高度差为dr；参考管内介质为水，温度为Tr，密度为ρ_r。

因此，变送器测量到的差压值（即高压侧HP与低压侧LP之间的差压）ΔP的计算方法如下：

ΔP=[ρ_L·Lp+ρ_V·(dr-Lp)-ρ_r·dr]·g

从该公式求解即可得到水位Lp的计算公式：

$\mathrm{Lp}=\frac{\frac{\mathrm{\ΔP}}{g}+({\mathrm{\ρ}}_r-{\mathrm{\ρ}}_V)\mathrm{dr}}{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_V)}$

由于除功率运行外，稳压器需要运行的工况还包括启停堆、瞬态调整以及事故工况等，因此，稳压器内的温度和压力都是变量，也就是说水和蒸汽的密度ρ_L和ρ_v是变量。同时，还需要考虑不同温度下稳压器的膨胀量不同，dp和dr都是变化的，特别是事故工况下，参考管内的水温Tr也会随着环境温度的变化而变化，引起ρ_r变化。

由于传统的核电厂采用模拟技术设计，很难完成如此复杂的密度和热膨胀量计算，因此只能选择一种标准工况设计，比如稳压器水位测量选择满功率运行工况，即仪表按满功率运行工况条件标定，将差压变送器测量差压转化为标准工况下的水位，然后再根据其他工况与标准工况之间的差异，离线计算出对应关系，运行人员在使用时根据这些离线计算的对应关系曲线手动计算实际水位。但是实际工况很复杂，不可能将所有工况都进行离线计算，只能对一些典型工况进行计算，使用起来十分不方便。

随着数字化技术的广泛应用，比如国内的岭澳二期核电厂就采用了全数字化的仪控平台，复杂的信号处理方法实现起来变得可行，而且越来越容易，因此，不论是从提高电厂安全性角度还是提升人因工程水平角度，对传统核电厂中所采用的稳压器水位计算方法进行改进都十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，通过通过采用数字方法，对不同工况进行补偿，提升各种工况下稳压器水位测量的准确性，从而提高核电厂的安全性和经济性，优化人机接口，减轻运行人员负担。

本发明是这样实现的，一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，它包括如下步骤，

（1）仪表系统设置；

（2）获得基本参数；

（3））获得基本测量数据；

（4）密度计算；

（5）水位计算。

本发明的优点是，在采用数字化后，可以对不同测量工况下的稳压器水、水蒸气、参考管水的密度以及稳压器本体的热膨胀进行实时计算，是测量系统可以确保在任何工况下都可以直接测量到实际水位，提高了测量的精度，减轻了运行人员负担。

附图说明

图1为测量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：

一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法它包括：

（1）仪表系统设置

稳压器设置3个或者4个相互独立的冗余测量通道，每个通道包括一个稳压器压力测量、稳压器水位差压测量，稳压器水位测量的参考管中部可以设置一个温度计测量仪表管温度（该温度计也可以不设置）。

每个通道的信号都被对应保护通道的信号处理设备采集，并通过隔离输出模块输出到控制系统。

（2）获得基本参数

在冷态工况下（25℃左右）现场测量稳压器水位测量下部取压口标高L1、稳压器水位测量上部取压口标高L2、冷凝容器标高L3，得到冷态工况下的稳压器水位测量上、下部取压口标高差dp0和冷凝容器距离下部取压口之间高度差为dr0，根据材料手册查到稳压器材料对应的膨胀系数λ，实测电厂厂址重力加速度g，精确到小数点后2位。

（3）获得基本测量数据

在运行过程中，通过压力和差压变送器测量得到稳压器的压力P和稳压器水位差压ΔP。

如果参考管设置了温度测量，则通过温度计获得参考管温度Tr，如果没有设置参考管温度计，一般可以根据运行时安全壳内的平均温度取值，通常可以取Tr=40℃，其误差是可以接受的。

对于保护系统，后续的计算和处理均是根据本保护通道的测量值，而对于控制系统，可以对不同的通道测量值取平均后再进行后续计算以提高测量精度（注：一般与平均值偏差大于5%的测量通道被认为是无效的，不进入平均值计算）。

（4）密度计算

1）计算稳压器内液体温度Tp

根据稳压器压力P（绝对压力）计算稳压器内液体温度Tp

Tp=179.895+99.86L+24.38L²+5.67L³+0.935L⁴

其中L=log₁₀P。

2）水密度计算

水密度计算通用公式如下，

计算下列系数：

H₁=-38.39+0.492P

H₂=4.043-3.027×10^-3P

H₃=-11427.6+1545.2P

H₄=-26351+1239.1P

其中P为水的绝对压力，

水的比焓H_L(kJ/kg)为：

H_L=H₁+H₂T+H₃(428-T)^-1+H₄(T-399)^-1

其中T为水的温度

定义下列系数：

D₁=999.55+0.497P

D₂=-2.585×10^-4+6.175×10^-7P

D₃=1.27×10^-10-4.92×10^-13P

D₄=1488.5+1.338P

D₅=1.4695×10⁶+8854.9P

D₆=3203.72+12.045P

则当：

-     H_L>650   ρ_L=D₄+D₅(H_L-D₆)^-1

-     H_L≤650  ρ_L=D₁+D₂H_L ²+D₃H_L ⁴

注：上述用于计算水密度的公式是拟合公式，实际使用中也可以使用其他被认可的水密度计算公式。

因此：

-用上述公式计算稳压器内水的密度ρ_L时，压力取稳压器内绝对压力，温度取Tp。

-用上述公式计算参考管内液体密度ρ_r时，压力取稳压器内绝对压力，温度取Tr。

3）蒸汽密度计算

稳压器内蒸汽处于饱和态，用下述公式计算其密度：

-当P≤0.9MPa时，

${\mathrm{\ρ}}_V=0.01978(\frac{1}{P+0.07}+258.6)P^{0.948}$

-当0.9MPa<P≤14.6MPa时

ρ_V=0.2+4.94P-2.25×10^-2P²+8.06×10^-3P³

-当P>14.6MPa时

ρ_V=323.6-310.3(1+5.8×10^-3P)(1-4.5×10^-2P)^0.35

4）计算热态标高

dp=(1+λ(Tp-25))dp0；

dr=(1+λ(Tp-25))dp0+(dr0-dp0)。

其中，25℃为冷态测量标高时的环境温度，若实际环境温度不同，需要使用实际环境温度。

注：冷凝容器的标高与实际固定方式有关，若不满足上述公式，需要根据实际情况调整。

（5）水位计算

$\mathrm{Lp}=\frac{\frac{\mathrm{\&Delta;P}}{g}+({\mathrm{\&rho;}}_r-{\mathrm{\&rho;}}_V)\mathrm{dr}}{({\mathrm{\&rho;}}_L-{\mathrm{\&rho;}}_V)}$

上述公式可计算出稳压器内的实际水高度。

在某些核电厂，为了避免运行人员过多地记忆实际的水位标高，仅仅提供一个水位百分数α，表示当前实际水位的百分比，则：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{\frac{\mathrm{\&Delta;P}}{g}+({\mathrm{\&rho;}}_r-{\mathrm{\&rho;}}_V)\mathrm{dr}}{({\mathrm{\&rho;}}_L-{\mathrm{\&rho;}}_V)\mathrm{dp}}.$

Claims (6)

1.一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：它包括如下步骤，

（1）仪表系统设置；

（2）获得基本参数；

（3））获得基本测量数据；

（4）密度计算；

（5）水位计算。

2.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤（1）包括稳压器设置3个或者4个相互独立的冗余测量通道，每个通道包括一个稳压器压力测量、稳压器水位差压测量，每个通道的信号都被对应保护通道的信号处理设备采集，并通过隔离输出模块输出到控制系统。

3.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤（2）为在冷态工况下现场测量稳压器水位测量下部取压口标高L1、稳压器水位测量上部取压口标高L2、冷凝容器标高L3，得到冷态工况下的dp0，dr0，根据材料手册查到稳压器材料对应的膨胀系数λ，实测电厂厂址重力加速度g，精确到小数点后2位。

4.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤（3）为在运行过程中，通过压力和差压变送器测量得到稳压器的压力P和稳压器水位差压ΔP。

5.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤（4）为包括如下步骤，

1）计算稳压器内液体温度Tp

根据稳压器压力P计算稳压器内液体温度Tp

Tp=179.895+99.86L+24.38L²+5.67L³+0.935L⁴

其中L=log₁₀P

2）水密度计算

水密度计算通用公式如下，

计算下列系数：

H₁=-38.39+0.492P

H₂=4.043-3.027×10^-3P

H₃=-11427.6+1545.2P

H₄=-26351+1239.1P

其中P为水的绝对压力，

水的比焓H_L(kJ/kg)为：

H_L=H₁+H₂T+H₃(428-T)^-1+H₄(T-399)^-1

其中T为水的温度

定义下列系数：

D₁=999.55+0.497P

D₂=-2.585×10^-4+6.175×10^-7P

D₃=1.27×10^-10-4.92×10^-13P

D₄=1488.5+1.338P

D₅=1.4695×10⁶+8854.9P

D₆=3203.72+12.045P

则当：

-     H_L>650   ρ_L=D₄+D₅(H_L-D₆)^-1

-     H_L≤650  ρ_L=D₁+D₂H_L ²+D₃H_L ⁴

3）蒸汽密度计算

稳压器内蒸汽处于饱和态，用下述公式计算其密度：

-当P≤0.9MPa时，

${\mathrm{\&rho;}}_V=0.01978(\frac{1}{P+0.07}+258.6)P^{0.948}$

-当0.9MPa<P≤14.6MPa时

ρ_V=0.2+4.94P-2.25×10^-2P²+8.06×10^-3P³

-当P>14.6MPa时

ρ_V=323.6-310.3(1+5.8×10^-3P)(1-4.5×10^-2P)^0.35

4）计算热态标高

dp=(1+λ(Tp-25))dp0；

dr=(1+λ(Tp-25))dp0+(dr0-dp0)。

6.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的稳压器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤（5）为

$\mathrm{Lp}=\frac{\mathrm{\&Delta;P}+({\mathrm{\&rho;}}_r+{\mathrm{\&rho;}}_V)\mathrm{dr}\&CenterDot;g}{({\mathrm{\&rho;}}_L-{\mathrm{\&rho;}}_V)}.$

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