RU2013689C1

RU2013689C1 - Water level gage for nuclear power plant steam generator

Info

Publication number: RU2013689C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Козлов; Г.А. Рябов
Original assignee: Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: steam generator water level gage gas surge tank with permanent-level chamber, upper and lower branch pipes connected, respectively, steam and water spaces of steam generator. Level gage also has differential pressure gage with negative- and positive-pulse lines, outlet branch pipe of the latter being connected to bottom part of permanent-level chamber. Surge tank is mounted above rated water level in steam generator. Outlet branch pipe of negative-pulse line is connected to water space. Distance between center lines of branch pipes is 5 or 6 times larger than difference in distances between rated level of water to center line of the branch pipe and center line of other branch pipe to permanent-level chamber overflow edge. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для измерения уровня воды в парогенераторах АЭС, а также барабанах-сепараторах АЭС, барабанах котлов и испарителях. The invention relates to energy and can be used to measure the water level in steam generators of nuclear power plants, as well as drum-separators of nuclear power plants, drums of boilers and evaporators.

Современные конструкции парогенераторов и барабанов предусматривают измерение поддержания заданного уровня воды в них. При этом с ростом единичной мощности оборудования обостряются проблемы измерения уровня воды при возрастании требований к точности и надежности измерений. Modern designs of steam generators and drums provide for measuring the maintenance of a given water level in them. At the same time, with an increase in the unit capacity of the equipment, the problems of measuring the water level become more acute with increasing requirements for the accuracy and reliability of measurements.

Наибольшее распространение в энергетике нашли устройства для измерения уровня воды с использованием гидростатического способа измерений. При этом снаружи парогенератора (барабана, сосуда) устанавливаются уравнительные сосуды различных типов. Подробное описание метода измерений и различных конструкций сосудов приведено в [1] . Все типы сосудов обладают в той или иной мере погрешностями, связанными с работой парогенераторов при давлении, отличном от номинального (пусковые режимы), и охлаждением сосудов. В результате плотность воды в них отличается от расчетной, соответственно отличается и перепад давлений, измеряемый дифференциальным манометром. Одним из наиболее точных устройств для измерения уровня воды является уровнемер, в котором для отбора импульсов по давлению используется двухкамерный уравнительный сосуд с частично обогреваемой камерой постоянного уровня [2] . The most widespread in the energy sector are devices for measuring water levels using the hydrostatic measurement method. At the same time, equalizing vessels of various types are installed outside the steam generator (drum, vessel). A detailed description of the measurement method and various vessel designs is given in [1]. All types of vessels have, to one degree or another, errors associated with the operation of steam generators at a pressure different from the nominal (starting conditions) and vessel cooling. As a result, the density of water in them differs from the calculated one; accordingly, the pressure drop measured by the differential pressure gauge also differs. One of the most accurate devices for measuring water level is a level gauge in which a two-chamber equalization vessel with a partially heated constant-level chamber is used to select pressure pulses [2].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для измерения уровня в парогенераторе АЭС, приведенное в [3] . Устройство содержит уравнительный сосуд с верхним и нижним патрубками, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам парогенератора, и камерой постоянного уровня, дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, причем выходной патрубок последней подключен к нижней части камеры постоянного уровня. Выходной патрубок линии минусового импульса подключен к нижней части сосуда и сообщен с пространством вне камеры постоянного уровня (с камерой переменного уровня). При работе устройства возникают погрешности, связанные с охлаждением конденсата в камере постоянного уровня, что приводит к погрешности, несколько превышающей 10 мм, при номинальном давлении (рис. 2, [1] ). Еще большие погрешности имеются при отличии давления от номинального (при номинальном уровне воды), так как характеристики уровнемера (зависимости уровня воды от измеряемого перепада, имеющие линейный характер) при различных давлениях пересекаются не в точке номинального уровня, а при максимальном уровне вне диапазона нормальной работы уровнемера. В таких устройствах при любых режимах всегда имеет место уровень воды в камере переменного уровня, что может приводит к попаданию в нее шлама и забиванию водяной соединительной линии. Возможно также появление автоколебаний уровня в сосуде [4] . Указанные обстоятельства снижают надежность работы устройства. The closest in technical essence to the claimed device is a device for measuring the level in a steam generator of a nuclear power plant, given in [3]. The device contains a surge vessel with upper and lower nozzles connected respectively to the steam and water volumes of the steam generator, and a constant-level chamber, a differential pressure gauge with lines of negative and positive impulses, the output branch of the latter being connected to the lower part of the constant-level chamber. The output pipe of the negative pulse line is connected to the lower part of the vessel and communicates with the space outside the constant-level chamber (with a variable-level chamber). When the device is operating, errors occur associated with the cooling of the condensate in a constant-level chamber, which leads to an error slightly exceeding 10 mm at nominal pressure (Fig. 2, [1]). There are even greater errors when the pressure differs from the nominal one (at the nominal water level), since the characteristics of the level gauge (the dependence of the water level on the measured differential having a linear character) at different pressures do not intersect at the point of the nominal level, but at the maximum level outside the normal operation range level gauge. In such devices, under any conditions, there is always a water level in the chamber of a variable level, which can lead to the ingress of sludge into it and clogging of the water connecting line. It is also possible the appearance of level self-oscillations in a vessel [4]. These circumstances reduce the reliability of the device.

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы устройства для измерения уровня воды в парогенераторе АЭС. The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of the device for measuring the water level in a steam generator of a nuclear power plant.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем уравнительный сосуд с верхним и нижним патрубками, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам парогенератора, и камерой постоянного уровня, дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, выходной патрубок из которых присоединен к нижней части камеры постоянного уровня, уравнительный сосуд установлен выше положения номинального уровня воды в парогенераторе, а выходной патрубок линии минусового импульса подключен к водяному объему парогенератора, причем расстояние между осью указанного патрубка и осью патрубка линии плюсового импульса в 5-6 раз превышает разность расстояний между расстоянием от положения номинального уровня воды до оси патрубка линии минусового импульса и расстоянием между осью патрубка линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры постоянного уровня. Нижний патрубок уравнительного сосуда присоединен к нижнему торцу указанного сосуда. The goal is achieved in that in a device containing a surge vessel with upper and lower nozzles connected respectively to the steam and water volumes of the steam generator and a constant-level chamber, a differential pressure gauge with lines of negative and positive impulses, the outlet of which is connected to the lower part of the constant chamber level, the surge vessel is installed above the position of the nominal water level in the steam generator, and the output pipe of the negative pulse line is connected to the water volume of the steam generator and, wherein the distance between the axis of said nozzle and the axis line of the plus pulse tube 5-6 times the distance difference between the distance from the nominal position of the water level to the axis of the nozzle line minus pulse and the distance between the axis of the pipe line and the plus edge pulse constant level overflow chamber. The lower pipe of the surge vessel is attached to the lower end of the vessel.

Отличительные признаки предложенного технического решения позволяют обеспечить более высокую точность и надежность измерения, что будет показано ниже на примере реализации устройства и обосновании диапазона соотношения размеров. Суть же этих преимуществ заключается в обеспечении полного прогрева камеры постоянного уровня до температуры насыщения за счет соответствующего расположения уравнительного сосуда. Distinctive features of the proposed technical solution allow to provide higher accuracy and reliability of measurement, which will be shown below on the example of the implementation of the device and justification of the range of size ratios. The essence of these advantages is to ensure complete heating of the constant-level chamber to the saturation temperature due to the corresponding location of the surge vessel.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". The presence of the above distinguishing features in comparison with the prototype allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Сходные отличительные признаки известных технических решений [1] , [2] , [3] по своим свойствам как по отдельности каждого, так и их совокупности не обеспечивают необходимой точности и надежности измерений, поэтому предложенное техническое решение обеспечивает сверхсуммарный эффект и отвечает критерию "существенные отличия". Similar distinguishing features of the known technical solutions [1], [2], [3] in terms of their properties, both individually and collectively, do not provide the necessary accuracy and reliability of measurements, therefore, the proposed technical solution provides an over-total effect and meets the criterion of "significant differences "

Конструкция устройства схематично показана на фиг. 1. The design of the device is shown schematically in FIG. 1.

Устройство для измерения уровня воды в парогенераторе 1 содержит уравнительный сосуд 2 с камерой 3 постоянного уровня и верхним и нижним патрубками 5 и 4, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам 7 и 6 парогенератора 1. Границей раздела этих пространств является измеряемый массовый уровень воды. Устройство содержит дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, выходной патрубок 8 последнего из которых присоединен к нижней части камеры 3 постоянного уровня. Уравнительный сосуд 2 установлен выше положения номинального уровня воды в парогенераторе 1. Выходной патрубок 9 линии минусового импульса подключен к водяному объему 6, причем расстояние между осью указанного патрубка 9 и осью патрубка 8 линии плюсового импульса В в 5>6 раз превышает разность расстояния от оси патрубка 9 минусового импульса до положения номинального уровня воды Н₀и расстояния между осью патрубка линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры 3 постоянного уровня А. Нижний патрубок 4 уравнительного сосуда 2 присоединен к нижнему торцу 10 последнего.A device for measuring the water level in the steam generator 1 contains a surge vessel 2 with a constant-level chamber 3 and upper and lower nozzles 5 and 4 connected respectively to the steam and water volumes 7 and 6 of the steam generator 1. The boundary of these spaces is the measured mass water level. The device contains a differential pressure gauge with lines of negative and positive impulses, the output pipe 8 of the last of which is connected to the lower part of the chamber 3 of a constant level. Equalization vessel 2 is installed above the position of the nominal water level in the steam generator 1. The output pipe 9 of the negative pulse line is connected to the water volume 6, and the distance between the axis of the specified pipe 9 and the axis of the pipe 8 of the positive pulse line B is 5> 6 times the distance difference from the axis pipe 9 to the position of the pulse minus the nominal water level H ₀ and the distance between the axis of the pipe line and the plus edge pulse overflow chamber 3 constant level A. The lower nozzle 4 equalizing vessel 2 is connected the bottom end 10 of the latter.

Внутри парогенератора АЭС в его водяном объеме 6 расположена поверхность 11 нагрева и погруженный дырчатый лист 12, а в его паровом объеме 7 - жалюзийный сепаратор 13. Inside the steam generator of the nuclear power plant in its water volume 6 is located the heating surface 11 and the immersed hole sheet 12, and in its steam volume 7 is a louvre separator 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При нормальном режиме работы парогенератора за счет теплоотдачи от поверхности 11 нагрева происходит кипение воды. Образовавшийся пар проходит погруженный лист, осушается в жалюзийном сепараторе 13 и отводится на турбину. При этом в парогенераторе поддерживается определенный (номинальный) уровень воды Н₀ путем поддержания расхода питательной воды, соответствующего расходу пара. Работа парогенератора крайне существенно зависит от точного поддержания уровня воды, так как при его повышении ухудшаются сепарационные характеристики, а при снижении может оголиться поверхность теплоотдачи.In normal operation of the steam generator due to heat transfer from the heating surface 11, water boils. The resulting steam passes through the immersed sheet, drained in the louvre separator 13 and discharged to the turbine. At the same time, a certain (nominal) water level Н ₀ is maintained in the steam generator by maintaining the flow rate of feed water corresponding to the steam flow rate. The operation of the steam generator extremely significantly depends on the exact maintenance of the water level, since with its increase the separation characteristics deteriorate, and with a decrease the heat transfer surface can be exposed.

Измерение уровня происходит следующим образом. Level measurement is as follows.

В уравнительном сосуде 2 внутри камеры 3 постоянного уровня устанавливается уровень конденсата. Излишки его сливаются через кромку перелива и отводится через патрубок 4 в водяной объем 6. В сосуде 2 между камерой 3 и корпусом сосуда 2 уровень конденсата отсутствует, что способствует хорошему прогреву конденсата внутри камеры 3. Плюсовой импульс от указанной камеры 3 и минусовой импульс от выходного патрубка 9, подключенного к водяному объему 6, поступает к дифференциальному манометру. Перепад, развиваемый на последнем, связан с измеряемым уровнем воды Н₀ следующим соотношениям:
ΔР_изм= B(ρ_o-ρ′′)= (H_o-A)(ρ′-ρ′′), (1) где ρ_o - плотность воды в плюсовой импульсной линии, кг/м³;
ρ′, ρ′′ - плотности воды и пара при температуре насыщения в парогенераторе, кг/м³ .In the surge vessel 2, a condensate level is set inside the constant level chamber 3. Its excess is discharged through the overflow edge and is discharged through the pipe 4 into the water volume 6. There is no condensate level in the vessel 2 between the chamber 3 and the vessel body 2, which contributes to a good heating of the condensate inside the chamber 3. The positive impulse from the indicated chamber 3 and the negative impulse from the output the pipe 9 connected to the water volume 6 is supplied to a differential pressure gauge. The difference developed in the latter is related to the measured water level Н _{0 by the} following ratios:
_MOD? P _{= B (ρ o -ρ ''} ) = (H o -A) (ρ'-ρ ''), ( 1) where ρ _o - density of water at the positive pulse line, kg / m ^3;
ρ ′, ρ ′ ′ are the densities of water and steam at the saturation temperature in the steam generator, kg / m ³ .

Дифференциальный манометр и его вторичный прибор тарируются на параметры, соответствующие номинальным. При отличии этих параметров от номинальных возникает погрешность, которая может быть определена по зависимости:
δ_н = (H_o-A)

, (2) где K =

- соотношение расстояния между осью минусового патрубка 9 и осью плюсового патрубка 8 и разностью между расстоянием от оси патрубка 9 линии минусового импульса до положения номинального уровня воды Н₀ и расстояния между осью патрубка 8 линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры 3 постоянного уровня А;
ρ_н′ и ρ_н′′ - плотности воды и пара при номинальных параметрах в парогенераторе, .The differential pressure gauge and its secondary device are calibrated to the parameters corresponding to the nominal ones. When these parameters differ from the nominal, an error occurs, which can be determined by the dependence:
δ _n = (H _o -A)

, (2) where K =

- the ratio of the distance between the axis of the minus pipe 9 and the axis of the positive pipe 8 and the difference between the distance from the axis of the pipe 9 of the negative pulse line to the position of the nominal water level N ₀ and the distance between the axis of the pipe 8 of the positive pulse line and the edge of the overflow chamber 3 of constant level A;
ρ _n ′ and ρ _n ′ ′ - the density of water and steam at nominal parameters in the steam generator,.

Путем соответствующего выбора соотношения К можно добиться оптимизации устройства при минимальной погрешности измерений. By appropriate selection of the K ratio, it is possible to achieve optimization of the device with minimal measurement error.

Как указано в (3), существующие системы измерений могут обеспечить погрешность измерения при номинальном уровне воды до 10 мм. Следовательно, улучшение точности измерения связано с выбором соотношения К, при котором погрешность снижается менее 10 мм. На фиг. 2 приведена зависимость погрешности измерения от давления в парогенераторе при величине Н₀ - А = 0,3 м и различных значениях К. Парогенераторы практически не работают длительно при давлении ниже 1 МПа (номинальное давление - 6,3 МПа), поэтому повышенную погрешность при давлении менее 1 МПа можно допустить. Исходя из граничной величины погрешности 10 мм, необходимая точность обеспечивается при значениях К = 5-6,4.As indicated in (3), existing measurement systems can provide a measurement error at a nominal water level of up to 10 mm. Therefore, the improvement of the measurement accuracy is associated with the choice of the K ratio, at which the error decreases less than 10 mm. In FIG. Figure 2 shows the dependence of the measurement error on the pressure in the steam generator at a value of H ₀ - A = 0.3 m and various values of K. Steam generators practically do not work for a long time at a pressure below 1 MPa (nominal pressure - 6.3 MPa), therefore, an increased error at a pressure less than 1 MPa can be allowed. Based on the marginal error of 10 mm, the necessary accuracy is ensured at values of K = 5-6.4.

Установка сосуда выше положения номинального уровня воды означает, что соотношение должно быть больше 1. Исходя из зависимости (2) следует, что увеличение разности Н₀ - А всегда приводит к росту погрешности при прочих равных условиях. На фиг. 3 приведен обобщающий график максимальных погрешностей от величины К при различных Н₀ - А, а также зависимости величины

от К. Из рассмотрения фиг. 3 следует, что при

_> ₁ оптимальным является величина К = 5-6.Setting the vessel above the position of the nominal water level means that the ratio should be greater than 1. Based on dependence (2), it follows that an increase in the difference H ₀ - A always leads to an increase in the error, all other things being equal. In FIG. Figure 3 shows a generalized graph of maximum errors on the value of K for various Н ₀ - А, as well as the dependence of

from K. From consideration of FIG. 3 it follows that for

_> _{1, the} optimal value is K = 5-6.

Таким образом, выбор соотношения указанных расстояний, установка сосуда выше положения номинального уровня воды приводят к снижению погрешности измерения. Кроме того, отсутствие уровня воды в сосуде 2 и подсоединение нижнего патрубка 4 к нижнему торцу 10 сосуда 2 обеспечивают беспрепятственный слив воды, что предотвращает забивание линии шламом и возможность пульсаций уровня в сосуде, приводит к повышению надежности измерений. (56) 1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М. : Энергия, 1978, с. 531-544. Thus, the choice of the ratio of these distances, the installation of the vessel above the position of the nominal water level leads to a decrease in measurement error. In addition, the absence of a water level in the vessel 2 and the connection of the lower nozzle 4 to the lower end 10 of the vessel 2 provide unhindered drainage of water, which prevents clogging of the line with sludge and the possibility of level pulsations in the vessel, which increases the reliability of measurements. (56) 1. Preobrazhensky V.P. Thermotechnical measurements and devices. M.: Energy, 1978, p. 531-544.

2. Авторское свидетельство СССР N 595630, кл. F 20 D 5/02, 1966. 2. USSR author's certificate N 595630, cl. F 20 D 5/02, 1966.

3. Дмитриев А. И. , Козлов Ю. В. , Баскин В. И. и др. Повышение точности измерения массового уровня воды в парогенераторах АЭС. - "Энергетик", N 1, 1986, с. 16, рис. 1, в. 3. Dmitriev A.I., Kozlov Yu.V., Baskin V.I. et al. Improving the accuracy of measuring the mass level of water in steam generators of nuclear power plants. - "Power Engineer", N 1, 1986, p. 16, fig. 1, c.

4. Давыдов Н. И. , Козлов Ю. В. , Рябов Г. А. Исследование и усовершенствование системы измерения уровня воды в барабанах-сепараторах АЭС с РБМК-1000. - "Электрические станции", N 3, 1985, с. 8-11. 4. Davydov N. I., Kozlov Yu. V., Ryabov G. A. Research and improvement of the water level measurement system in drum-separators of nuclear power plants with RBMK-1000. - "Electric stations", N 3, 1985, p. 8-11.

Claims

1. A DEVICE FOR MEASURING THE WATER LEVEL IN A NUCLEAR POWER STEAM STEAM GENERATOR, comprising a surge vessel with upper and lower nozzles connected respectively to the steam and water volumes of the steam generator, and with a constant-level chamber having an overflow edge, a differential pressure gauge with negative and positive pulse lines output nozzles, the output nozzle of the positive impulse line is connected to the lower part of the constant-level chamber, characterized in that, with the aim of increasing accuracy and reliability, the output vessel is installed above the position of the nominal water level in the steam generator, the output pipe of the negative pulse line is connected to the water volume of the steam generator, and the distance between the axis of the specified pipe and the axis of the pipe of the plus pulse line is 5-6 times greater than the difference between the distance from the position of the nominal water level to the axis the minus pulse line nozzle and the distance between the axis of the positive pulse line nozzle and the edge of the overflow chamber of a constant level.

2. The device according to claim 1, characterized in that the lower pipe of the surge vessel is attached to the lower end of the vessel.