CN103903661A - 一种用于事故后稳压器水位测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电技术，具体公开了一种用于事故后稳压器水位测量系统和方法。测量系统包括上部取压接头、下部取压接头和冷凝容器，冷凝容器通过参考管与水位测量差压变送器连接，下部取压接头连接水位测量差压变送器和压力测量压力变送器，温度变送器通过温度测量电缆连接表贴铂电阻温度计。本发明的方法首先确定冷态工况下上部取压接头与下部取压接头之间的高度差和冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差，然后测量稳压器压力即参考管相关参数，确定稳压器内饱和水温度等水位计算相关参数，最后间接测得稳压器水位，测量精度提高，确保在正常工况和事故工况下都可以直接测量到实际水位。

Description

一种用于事故后稳压器水位测量系统和方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种稳压器水位测量系统和方法。

背景技术

在压水堆核电站中，稳压器水位代表着反应堆冷却剂系统的水装量，是重要的反应堆控制和保护参数，其中，反应堆五大控制系统之一就是稳压器水位控制，同样，稳压器水位过高也会直接触发停堆保护，因此，精确测量稳压器水位是十分必要的。

现有的稳压器水位测量原理如图1所示，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值，系统根据差压值及其它相关参数进行计算得到稳压器内的实际水位。

除功率运行外，稳压器需要运行的其它工况还包括启停堆、瞬态调整以及事故工况，因此，稳压器内的温度和压力是在变化的，也就是说稳压器内水和蒸汽的密度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，d_p和d_r都是变化的，特别是事故工况下，参考管内水的温度T_r也会随着环境温度的变化而变化，并引起ρ_r变化。

由于传统的核电厂都是基于模拟技术的处理系统设计的，因此很难完成复杂的密度补偿和热膨胀计算。因此，在传统的电厂设计中，只能选择一种标准工况设计，比如正常稳态满功率运行，即信号处理仪表按照标准工况进行处理，将差压变送器测量差压转化为标准工况下的水位，然后再根据典型工况与标准工况之间的差异，离线计算出对应关系，运行人员根据这些离线计算的对应关系曲线手动计算实际水位。

在传统的核电站稳压器水位计算中实际工况很复杂，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，典型工况主要包括：

①15.5MPa、344℃、环境温度40℃；

②2.5MPa、225℃、环境温度40℃；

③0.1MPa、30℃、环境温度30℃。

在运行人员手动计算过程中，由于无法在短时间内完成复杂的计算，对于参考管温度来说，通常选择为30℃或40℃，没有考虑事故后安全壳内温度升高后对稳压器水位计算精度的影响。

因此，为提高事故后稳压器水位测量系统的精确度，从而有效提高电厂的安全性以及事故处理能力，需要一种更为精确的测量稳压器实际水位的方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于事故后稳压器水位测量系统和方法，实现事故工况下稳压器实际水位的精确测量。

实现本发明的技术方案如下：

一种用于事故后稳压器水位测量系统，它包括设在稳压器上端的上部取压接头、下端的下部取压接头和与所述上部取压接头连接的冷凝容器，所述冷凝容器上设有参考管，所述的下部取压接头连接水位测量差压变送器和压力测量压力变送器，上述冷凝容器通过所述参考管与水位测量差压变送器连接，还包括温度变送器，其通过温度测量电缆连接表贴铂电阻温度计，所述的表贴铂电阻温度计位于参考管管路上。

一种用于事故后稳压器水位测量方法，该方法包括如下步骤：

1）冷态工况下分别测量上下部取压接头的标高L₂、L₁以及冷凝容器的标高L₃，利用下式得到冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差d_p(25°C)和冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差d_r(25°C)；

d_p(25°C)＝L₂-L₁

d_r(25°C)＝L₃-L₁

2）测量稳压器压力P、稳压器水位差压ΔP以及参考管温度T_r；

3）确定水位计算参数，其包括

a)利用下式，确定稳压器内饱和水温度T_p

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

其中，L＝log₁₀P

b)稳压器压力P（绝对压力）、稳压器内水温度T_p以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内水的密度ρ_L；

c)根据稳压器压力P（绝对压力）以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内饱和蒸汽的密度ρ_v；

d)根据稳压器压力P（绝对压力）、参考管温度T_r以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到参考管内水的密度ρ_r；

e)利用下式，确定热态标高

d_p(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_p(25°C)

d_r(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_r(25°C)

其中，λ为稳压器材料的热膨胀系数，根据材料手册查到；T_p为稳压器内饱和水温度，d_p(25°C)为冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差，d_r(25°C)为冷态工况下的冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差；d_p(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时上部取压接头与下部取压接头之间的高度差；d_r(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差；

4）利用下式确定稳压器水位H

$H=\frac{\mathrm{\ΔP}+({\mathrm{\ρ}}_r+{\mathrm{\ρ}}_v)\·d_r\left(T_p\right)\·g}{{\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_v}$

其中，g为电厂厂址实测得到的重力加速度，ΔP为水位差压变送器测量输出差压值，ρ_r为参考管内水的密度，ρ_v为稳压器内蒸汽的密度，ρ_L为稳压器内水的密度。

本发明所取得的有益效果如下：设计水位测量差压变送器、压力测量压力变送器、参考管温度测量温度变送器，并通过在参考管中部设置表贴铂电阻温度计来测量参考管温度，使测量系统可以确保在正常工况和事故工况下都可以直接测量到实际水位，提高了测量的精度。本发明的方法首先确定冷态工况下上部取压接头与下部取压接头之间的高度差和冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差，然后测量稳压器压力即参考管相关参数，实施确定稳压器水、水蒸气、参考管水的密度以及稳压器本体的热膨胀等水位计算相关参数，最后间接测得稳压器水位，测量精度提高，确保在正常工况和事故工况下都可以直接测量到实际水位。

附图说明

图1为用于事故后稳压器水位测量系统示意图；

图中：1.稳压器；2.冷凝容器；3.上部取压接头；4.下部取压接头；5.参考管；6.水位测量差压变送器；7.压力测量压力变送器；8.表贴铂电阻温度计；9.温度测量电缆；10.温度变送器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，在稳压器1外壁上的上部取压接头3和下部取压接头4，还包括与上部取压接头3连接的冷凝容器2，欲冷凝容器2连接的参考管5，与下部取压接头4连接的水位测量差压变送器6、压力测量压力变送器7、参考管温度测量表贴铂电阻温度计8，温度测量电缆9、参考管温度测量温度变送器10。所述的水位测量差压变送器6与冷凝容器2通过参考管5连接，所述的用于参考管温度测量的温度变送器10通过温度测量电缆9与用于参考管温度测量的表贴铂电阻温度计8连接。

测量时，首先将水位测量差压变送器6、压力测量压力变送器7、参考管温度测量温度变送器10安装就位，在参考管5中部设置表贴铂电阻温度计8，来测量参考管温度。

步骤1，冷态工况下（25℃）分别测量上下部取压接头的标高L₂、L₁以及冷凝容器的标高L₃，利用下式得到冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差d_p(25°C)和冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差d_r(25°C)，

d_p(25°C)＝L₂-L₁

d_r(25°C)＝L₃-L₁

步骤2，通过压力变送器、差压变送器以及铂电阻温度计测量得到稳压器压力P、稳压器水位差压ΔP以及参考管温度T_r；

步骤3，确定水位计算参数

a)利用下式，确定稳压器内饱和水温度T_p

T_p＝179.895+99.86L+24.38L²+5.67L³+0.935L⁴     （5）

L＝log₁₀P

b)稳压器压力P（绝对压力）、稳压器内水温度T_p以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内水的密度ρ_L。

c)根据稳压器压力P（绝对压力）以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内饱和蒸汽的密度ρ_v。

d)根据稳压器压力P（绝对压力）、参考管温度T_r以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到参考管内水的密度ρ_r。

e)利用下式，确定热态标高

d_p(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_p(25°C)     （6）

d_r(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_r(25°C)      （7）

其中，λ为稳压器材料的热膨胀系数，根据材料手册查到；T_p为稳压器内饱和水温度，d_p(25°C)为冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差，d_r(25°C)为冷态工况下的冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差；

d_p(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时上部取压接头与下部取压接头之间的高度差；

d_r(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差。

步骤4，利用下式确定稳压器水位H

$H=\frac{\mathrm{\ΔP}+({\mathrm{\ρ}}_r+{\mathrm{\ρ}}_v)\·d_r\left(T_p\right)\·g}{{\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_v}$

其中，g为电厂厂址实测得到的重力加速度，精确到小数点后2位，ΔP为水位差压变送器测量输出差压值，ρ_r为参考管内水的密度，ρ_v为稳压器内蒸汽的密度，ρ_L为稳压器内水的密度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于事故后稳压器水位测量系统，它包括设在稳压器（1）上端的上部取压接头（3）、下端的下部取压接头（4）和与所述上部取压接头（3）连接的冷凝容器（2），其特征在于：所述冷凝容器（2）上设有参考管（5），所述的下部取压接头（4）连接水位测量差压变送器（6）和压力测量压力变送器（7），上述冷凝容器（2）通过所述参考管（5）与水位测量差压变送器（6）连接，还包括温度变送器（10），其通过温度测量电缆（9）连接表贴铂电阻温度计（8），所述的表贴铂电阻温度计（8）位于参考管（5）管路上。

2.一种用于事故后稳压器水位测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）冷态工况下分别测量上下部取压接头的标高L₂、L₁以及冷凝容器的标高L₃，利用下式得到冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差d_p(25°C)和冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差d_r(25°C)；

d_p(25°C)＝L₂-L₁

d_r(25°C)＝L₃-L₁

2）测量稳压器压力P、稳压器水位差压ΔP以及参考管温度T_r；

3）确定水位计算参数，其包括

a)利用下式，确定稳压器内饱和水温度T_p

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

其中，L＝log₁₀P

b)稳压器压力P（绝对压力）、稳压器内水温度T_p以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内水的密度ρ_L；

c)根据稳压器压力P（绝对压力）以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到稳压器内饱和蒸汽的密度ρ_v；

d)根据稳压器压力P（绝对压力）、参考管温度T_r以及IAPWS最新水和水蒸气热力性质IF97计算公式得到参考管内水的密度ρ_r；

e)利用下式，确定热态标高

d_p(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_p(25°C)

d_r(T_p)＝(1+λ(T_p-25))d_r(25°C)

其中，λ为稳压器材料的热膨胀系数，根据材料手册查到；T_p为稳压器内饱和水温度，d_p(25°C)为冷态工况下的上部取压接头与下部取压接头之间的高度差，d_r(25°C)为冷态工况下的冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差；d_p(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时上部取压接头与下部取压接头之间的高度差；d_r(T_p)为稳压器内饱和水温度T_p时冷凝容器水平面到下部取压接头的高度差；

4）利用下式确定稳压器水位H

$H=\frac{\mathrm{\ΔP}+({\mathrm{\ρ}}_r+{\mathrm{\ρ}}_v)\·d_r\left(T_p\right)\·g}{{\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_v}$

其中，g为电厂厂址实测得到的重力加速度，ΔP为水位差压变送器测量输出差压值，ρ_r为参考管内水的密度，ρ_v为稳压器内蒸汽的密度，ρ_L为稳压器内水的密度。

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