JP3549603B2 - 流量測定プローブ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は流量測定プローブに関し、さらに詳細には、エルボがないため流量測定用エルボタップを使用できない原子炉システムのコールドレッグ配管中の原子炉冷却水の流量を測定可能な流量測定プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】
水冷式原子炉は各々が大量の冷却水を原子炉に運ぶ少なくとも2つのコールドレッグ配管を具備するのが普通である。冷却水は通常、蒸気発生用熱交換器の出口から原子炉へ送られ、これら配管中の冷却水流量をモニターすることが重要である。冷却水流量が顕著な減少を示すと原子炉の冷却水温度が上昇し、原子炉がオーバーヒートして損傷するだけでなく、多量の放射性物質が冷却水中に流出する虞れがある。従って、水冷式原子炉は冷却水流量が所定の値、通常は冷却水の通常レベルの約90%以下に減少すると運転を停止される。
【0003】
従来型水冷原子炉システムのほとんどは冷却水を運ぶコールドレッグ配管中にエルボを有する。これらのシステムには冷却水流量を測定するためのエルボタップが設けられることが多い。この構成では、1つのタップがエルボの内側曲率部分に、もう1つのタップがエルボの外側曲率部分に設けられる。配管のエルボを流れる流体の力学により、外側の曲率部分に設けたタップにより測定される圧力は内側の曲率部分に設けたタップの測定値よりも一般的に高く、これら2つの場所における圧力の差が配管中の流量の大きさを示す。各タップに作動的に接続された差圧トランスミッタはエルボを流れる流量をモニターする機構を構成する。従来型原子炉システムでは、各対が専用の差圧トランスミッタに作動的に接続された複数対のエルボタップを用いて冷却水流量をある冗長度をもって測定する。3または4つの信号のうちの少なくとも2つが低流量状態を示すとトリップ信号が発生して原子炉を停止させる。
【0004】
ウエスチングハウス製のAP600型プラントと従来型原子炉システムとの構成上の違いは、前者ではエルボタップを設置するエルボがコールドレッグ配管に存在しないことである。コールドレッグ配管の大きな半径の曲率部分に設けたエルボタップでは有効な測定を行うに充分な差圧が得られない。ウエスチングハウス製のAP600型プラントでは各蒸気発生器に2つのコールドレッグ配管が接続されるため、蒸気発生器の細管束の両端間の差圧の測定値は2つのコールドレッグ配管の全流量を指示するが、個々のループの流量は指示しない。従って、コールドレッグ配管にエルボのないAP600のような新型原子炉システムでは、別の方法による流量測定が必要となる。
【0005】
本発明によると、曲率のない配管中の液体の流量を測定するために複数の差圧トランスミッタと共に用いる流量測定プローブであって、配管中に設けられたプローブの本体と、配管中において液体の流れ方向に向けられた共通の動圧タップと、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップと、プローブ本体を貫通し、各々が静圧タップの1つを差圧トランスミッタの1つの第1入力に作動的に接続する複数の非連通静圧チャンネル手段と、プローブ本体を貫通し、動圧タップを各差圧トランスミッタの第2入力に作動的に接続する複数の動圧チャンネル手段とより成ることを特徴とする流量測定プローブが提供される。
【0006】
本発明の別の特徴として、共通の動圧タップは冷却水の流れ方向にほぼ向けられ、各静圧タップは冷却水の流れ方向にほぼ直角に向けられている。
【0007】
本発明のさらに別の特徴として、動圧タップはプローブ本体の周壁に設けられている。静圧タップは配管の内壁から隔たったプローブ本体の端壁、あるいはその周壁に設けるか、もしくは静圧タップの一部を端壁に、別の一部を周壁に設けることができる。
【0008】
本発明によると、水冷原子炉システムの原子炉冷却水の流量を測定する方法であって、冷却水源から原子炉容器へ延びる曲率のない配管中に、周壁、第1の端部の端壁、及び第1の端部とは反対の第2の端部を有する本体と、周壁に設けられた共通の動圧タップと、共通の動圧タップを複数の差圧トランスミッタの各々の第1入力に作動的に接続する動圧チャンネル手段と、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップとを有するプローブを設け、共通の動圧タップ及び複数の静圧タップを配管の内部に、第2の端部を配管の外部に、また共通の動圧タップが冷却水の流れ方向に向くようにプローブ本体を配管に取り付け、共通の動圧タップを第1のチャンネル手段により差圧トランスミッタに作動的に接続し、各静圧タップを第2のチャンネル手段によりそれぞれ別の差圧トランスミッタに作動的に接続し、第1の時点において配管中に冷却水を流し、各差圧トランスミッタにより差圧を感知させ、各差圧トランスミッタから第1の時点における差圧を示す差圧信号を発生させるステップより成ることを特徴とする方法が提供される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、曲率のほとんどない配管部分に使用可能な流量測定プローブを提供することにある。
【0010】
本発明の別の目的は、流量の冗長測定が可能な単一の流量測定プローブを提供することにある。
【0011】
本発明のさらに別の目的は、原子炉システムの冷却水流量をモニターする方法を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに別の目的は、コールドレッグ配管にただ1つの貫通箇所を設けるだけで水冷式原子炉システムのエルボタップ流量測定機能を達成することにある。
【0013】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【0014】
【実施例】
図1及び2は、原子炉システムのコールドレッグの配管の一部に設置した本発明の流量測定プローブの好ましい実施例を縦方向断面図で示す。通常、1つのプローブが各コールドレッグ配管に設置される。冷却水の流れ方向を矢印で示す。プローブ本体10は好ましくは、ステンレススチール製の細長い部材であり、ステンレススチール製のコールドレッグ配管12へ溶接部14により溶接されて冷却水の流れに関しほぼ直角に延びる。プローブ本体10は周壁16と、配管12の内部20に延びる端壁18とを有する。ウエスチングハウス製のAP600型原子炉システムの蒸気発生器(図示せず)を原子炉容器(図示せず)に接続する2つのコールドレッグ配管は内径がそれぞれほぼ71.12cm(28インチ)であり、このシステムに用いるプローブの本体は好ましくは配管内部に約10.2cm(約4インチ)延びており、端壁18における直径は約3.8cm(約1.5インチ)である。従って、プローブ本体10の端壁18は、冷却水の流れに対する配管の壁22の境界効果を回避するに充分な深さだけコールドレッグ配管内部20に延びている。サイズの異なるコールドレッグ配管を有する他の原子炉システムではプローブ本体の伸長度または深さと直径は異なる値にする必要があるであろう。
【0015】
プローブ本体の周壁16に設けられる単一で共通の動圧タップ24はほぼ冷却水の流れ方向に向けられており、動圧孔26と連通している。この動圧孔はプローブ本体を縦方向に延びて配管12の外側にある第2の端部28まで延びている。好ましくは3または4個の複数の静圧タップ30が冷却水の流れにほぼ直角な方向に向けられている。図1及び2に示す実施例では、3つの静圧タップ30a、30b、30cが端壁18に設けられている。しかしながら、静圧タップ30a、30b、30cのうちの1つまたは2つ以上をプローブ本体10の周壁16に設けるのは均等物の範囲である。各静圧タップはプローブ本体10の第2の端部28に延びる静圧孔32a、32b、32cに接続する。動圧孔26の直径は好ましくは0.635cm(0.25インチ)、静圧孔の直径はそれぞれ好ましくは0.476cm(0.178インチ)である。
【0016】
静圧タップ30a、30b、30cのための各静圧孔32a、32b、32cは、図3に概略的に示されるようにそれぞれ異なる差圧トランスミッタ36a、36b、36cの第1入力34a、34b、34cに作動的に接続されている。好ましい実施例において、公称1.91cm(3/4インチ)の接続パイプ38a、38b、38cは各静圧孔32a、32b、32cに溶接され、弁42a、42b、42cの第1のポート40a、40b、40cに接続されている。これらの弁42a、42b、42cはシステムの保守を行うために閉じることができる。各弁42a、42b、42cのもう一方のポート44a、44b、44cは差圧トランスミッタ36a、36b、36cのうちの1つの第1入力に接続された計装管46a、46b、46cの一部に接続されている。各差圧トランスミッタ36a、36b、36cの第2入力48a、48b、48cは、静圧タップに用いられているものと同様な接続手段により共通の動圧タップ24に作動的に接続されている。プローブ本体10の第2の端部28において動圧孔26に溶接されたステンレススチール製の公称1.91cm(3/4インチ)の接続管50は弁56の第1のポート52に接続され、この弁56は複数の枝路を有する計装管60により各差圧トランスミッタ36a、36b、36cの第2の入力48a、48b、48cに接続されている。かくして、冗長性を与える差圧トランスミッタ36a、36b、36cはそれぞれ一方の入力で共通の動圧タップ24からの信号を、またもう一方の入力で静圧タップの1つからの信号を受ける。プローブ本体の周面を流線形にし、またプローブ端壁の形を静圧タップの周りにできるだけ少ない乱流が発生するように設定することが望ましい。静圧タップで発生する乱流が減少すると流量測定におけるゆらぎの問題が軽減される。プローブ本体をこのような形状にすることは当業者が最適化を図るためのひとつの設計の選択である。
【0017】
各差圧トランスミッタ36a、36b、36cは原子炉冷却水の流量の大きさの二乗に比例する差圧を感知する。この用途に適した差圧トランスミッタの一例はBarton Model No.752であり、水で最大500インチ(934mm Hg)の差圧を測定できる。各差圧トランスミッタ36a、36b、36cはこの差圧を示す信号をプロセッサ62(図3)へ送るように構成するのが好ましい。プロセッサ62はその差圧信号を流量の絶対値に比例する流量信号へ変換する。プロセッサは各差圧トランスミッタからの流量信号をメモリに記憶させた一組の初期値の1つと比較する。各初期値は、例えば原子炉システムが通常温度で且つコールドレッグ配管中の冷却水が全流量の状態で運転されているプラントの始動時、差圧トランスミッタの1つにより前に測定された流量値の大きさに相当する。従来型システムのエルボタップによる測定と同様、所定の論理式に従ってプロセッサはトリガー信号を出力する。例えば、所定数の流量信号、例えば3つのうちの2つ、あるいは4つのうちの2つが対応初期値の所定百分比であるトリップ設定点以下に減少するとトリガー信号が出力される。トリガー信号により原子炉プラントに普通見られる緊急システムを作動させることができる。
【0018】
共通の動圧タップは低流量によるトリップ作用の冗長性を損なうものではない。動圧感知ラインが故障すると全ての差圧トランスミッタが低流量の指示を出すが、1つの静圧感知ラインが故障してもただ1つの差圧トランスミッタに高流量の指示が出るに過ぎない。通常、静圧感知ラインの1つあるいは差圧トランスミッタのうちの1つが不作動状態になっても、論理システムは継続的な運転を可能にする。しかしながら、それらの状況の下では何時トリガー信号を出力させるかを決定するための論理式は違ったものとなるであろう。
【0019】
上述したような動圧水頭測定は現在用いられているエルボタップによる測定と同じ作用を有する。この測定により流量の大きさの二乗に比例する信号が得られる。プロセッサが用いる初期値あるいは較正値はシステムが全流量且つ通常温度で運転中のプラントの始動時に測定される。従って、測定した較正値は比較のための100%流量に相当する。トリップ設定点はトリップ流量に相当する異なる圧力、好ましくは90%にセットされる。現在行われているように、流量絶対値は当該技術分野においてよく知られた熱量測定法のような別の測定方法により測定される。従って、流量測定プローブは相対的あるいは規準化された流量に対して較正する必要があるに過ぎない。
【0020】
当業者は、プロセッサが流量の大きさの二乗に比例する各差圧トランスミッタからの差圧信号を利用できること、あるいはそれら信号の平方根を用いて流量の大きさに正比例する信号を発生させることが本発明の均等物の範囲に属することを理解するであろう。このステップはプロセッサあるいは当該技術分野においてよく知られた他の方法により行える。
【0021】従って、本発明は各コールドレッグ配管にただ1つの貫通箇所を設けるだけでエルボタップ流量測定機能を達成できることが分かる。これは高い信頼度で経済的に且つ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉冷却材系の配管内の定位置に設置された本発明の流量測定プローブの縦断面図である。
【図2】図1の2−2線における断面図である。
【図3】本発明の流量測定プローブ及びこれと関連した差圧トランスミッタとプロセッサの動作上の接続状態を示す略図である。
【符号の説明】
32 静圧孔
34 第1の入力
36 差圧トランスミッタ
38 接続管
40 第1のポート
42 弁
44 別のポート
46 計装管
48 第2の入力
50 接続管
52 第1のポート
56 弁
60 計装管
Claims (10)
- 曲率のない配管中の液体の流量を測定するために複数の差圧トランスミッタと共に用いる流量測定プローブにおいて、
配管中に設けられたプローブの本体と、
配管中において液体の流れ方向に向けられた共通の動圧タップと、
各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップと、
プローブ本体を貫通し、各々が静圧タップの1つを差圧トランスミッタの1つの第1入力に作動的に接続する複数の非連通静圧チャンネル手段と、
プローブ本体を貫通し、動圧タップを各差圧トランスミッタの第2入力に作動的に接続する複数の動圧チャンネル手段とより成ることを特徴とする流量測定プローブ。 - プローブ本体が周壁と端壁を有し、動圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項1の流量測定プローブ。
- 少なくとも1つの静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項2の流量測定プローブ。
- 各静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項2の流量測定プローブ。
- 少なくとも1つの静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項2の流量測定プローブ。
- 各静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項2の流量測定プローブ。
- 動圧タップが液体の流れ方向に向けられ、各静圧タップがその流れ方向に直角に向けられていることを特徴とする請求項2の流量測定プローブ。
- 少なくとも1つの静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項7の流量測定プローブ。
- 少なくとも1つの静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項7の流量測定プローブ。
- 水冷原子炉システムの原子炉冷却水の流量を測定する方法において、
冷却水源から原子炉容器へ延びる曲率のない配管中に、周壁、第1の端部の端壁、及び第1の端部とは反対の第2の端部を有する本体と、周壁に設けられた共通の動圧タップと、共通の動圧タップを複数の差圧トランスミッタの各々の第1入力に作動的に接続する動圧チャンネル手段と、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップとを有するプローブを設け、
共通の動圧タップ及び複数の静圧タップを配管の内部に、第2の端部を配管の外部に、また共通の動圧タップが冷却水の流れ方向に向くようにプローブ本体を配管に取り付け、
共通の動圧タップを第1のチャンネル手段により差圧トランスミッタに作動的に接続し、
各静圧タップを第2のチャンネル手段によりそれぞれ別の差圧トランスミッタに作動的に接続し、
第1の時点において配管中に冷却水を流し、
各差圧トランスミッタにより差圧を感知させ、
各差圧トランスミッタから第1の時点における差圧を示す差圧信号を発生させるステップより成ることを特徴とする方法。
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