引 言 至整個(gè)裝置的安全與運(yùn)行控制具有重要的意義。

在壓水堆核動(dòng)力裝置中，壓力安全系統(tǒng)負(fù) 目前，針對(duì)穩(wěn)壓器水位測(cè)量與控制問題，國(guó)內(nèi)外責(zé)反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)運(yùn)行壓力的穩(wěn)定與控制保 均開展了大量的研究工作。國(guó)外主要研究利用狀護(hù)[1]，電加熱穩(wěn)壓器是壓力安全系統(tǒng)的主要設(shè)備。 態(tài)反饋[2]、模糊控制[3]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]等手段實(shí)現(xiàn)更在一回路系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生泄漏的瞬態(tài)條件下，準(zhǔn) 為精準(zhǔn)的水位控制。國(guó)內(nèi)方面，袁明春等提出對(duì)確測(cè)量穩(wěn)壓器水位的變化，對(duì)于核動(dòng)力一回路乃 穩(wěn)壓器內(nèi)介質(zhì)密度進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量[5]；王曉龍等根據(jù)穩(wěn)壓器水位參數(shù)與反應(yīng)堆進(jìn)出口平均溫度、穩(wěn)壓器壓力與溫度、主回路系統(tǒng)的冷卻劑裝量、充排水流量等熱工水力參數(shù)的禍合關(guān)系，提出一種基于支持向量回歸的穩(wěn)壓器水位信號(hào)重構(gòu)方法U;馬進(jìn)等通過對(duì)壓水堆核電廠穩(wěn)壓器實(shí)際運(yùn)行特性的分析研究，在合理簡(jiǎn)化與假設(shè)的墓礎(chǔ)上分別對(duì)穩(wěn)壓器蒸汽區(qū)以及液體區(qū)建立質(zhì)量和能量守恒方程，建立兩區(qū)不平衡的穩(wěn)壓器模型，通過仿真對(duì)穩(wěn)壓器主要參數(shù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性分析川。目前的研究主要集中在穩(wěn)壓器穩(wěn)態(tài)水位測(cè)量和水位控制方面，對(duì)于壓力瞬變情況下，水位測(cè)量特性方面的研究關(guān)注較少。

 

   鑒于工程實(shí)際需求，本文針對(duì)壓力瞬變條件下的水位測(cè)量特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了利用壓差進(jìn)行液相區(qū)的密度修正的測(cè)量方法，并搭建了熱態(tài)試驗(yàn)回路，測(cè)量獲得了不同蒸汽泄漏瞬態(tài)工況下的穩(wěn)壓器內(nèi)壓力、溫度以及水位測(cè)量變化信號(hào)，構(gòu)建了分析模型，研究了壓力瞬變條件下，穩(wěn)壓器液相區(qū)的密度變化特征以及對(duì)水位測(cè)量特性的影響規(guī)律。

 

1、穩(wěn)壓器水位測(cè)量原理

    在額定功率下，穩(wěn)壓器內(nèi)60%是飽和水，40%為飽和蒸汽181，穩(wěn)壓器水位通過測(cè)量穩(wěn)壓器內(nèi)已知高度間的壓差，再利用密度修正計(jì)算得出。壓差測(cè)點(diǎn)分別布置在蒸汽空間與液體空間，核電廠穩(wěn)壓器水位(h)測(cè)量原理如下:

 

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式中，P0、Pr Ps分別為引壓管內(nèi)液體密度、穩(wěn)壓器內(nèi)飽和水和飽和蒸汽密度，k留M3., h，是高低引壓點(diǎn)高度差，m;明為測(cè)量壓差，Pa; g為重力加速度，m·S-2.

    由式(1)可以看出，密度對(duì)于水位測(cè)量的結(jié)果影響很大。當(dāng)壓力瞬態(tài)變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和水和飽和蒸汽密度會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，同時(shí)，引壓管內(nèi)液體密度也發(fā)生相應(yīng)變化，尤其是在壓力瞬間下降時(shí)，液相飽和水部分發(fā)生汽化，如果一直采用飽和水密度代替，容易出現(xiàn)水位測(cè)量偏差。

 

2、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)步驟

    正常運(yùn)行過程中，回路管道、穩(wěn)壓器泄壓閥以及人孔密封發(fā)生泄漏都會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器內(nèi)非降溫影響的壓力下降，壓力下降將導(dǎo)致液相區(qū)蒸發(fā)以及區(qū)內(nèi)密度變化，從而使得水位發(fā)生變化，可能存在測(cè)量水位值與真實(shí)水裝量變化不符的情況，容易導(dǎo)致水位控制的誤操作進(jìn)而影響運(yùn)行安全。

    為了模擬穩(wěn)壓器的蒸汽泄漏工況，研究水位測(cè)量隨泄漏率的變化情況，試驗(yàn)以電加熱穩(wěn)壓器為試驗(yàn)體，配置了相應(yīng)的補(bǔ)水、排放裝置?？紤]泄漏發(fā)生的較惡劣工況，本次試驗(yàn)?zāi)M了2.6-7.8kPa/、的降壓速率，降壓期間不進(jìn)行噴淋，且穩(wěn)壓器與一回路系統(tǒng)進(jìn)行了隔離，避免了一回路容積波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓器壓力的影響。

 

2.1試驗(yàn)回路系統(tǒng)

    試驗(yàn)回路系統(tǒng)流程如圖I所示。上充泵將水箱的水送入穩(wěn)壓器內(nèi)，穩(wěn)壓器內(nèi)的電加熱裝置將穩(wěn)壓器壓力升至相應(yīng)工作壓力并穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器蒸汽排放閥的開度，模擬不同的蒸汽泄漏率。當(dāng)穩(wěn)壓器內(nèi)水位低于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)上充泵向穩(wěn)壓器內(nèi)補(bǔ)水。

 

2.2試驗(yàn)體設(shè)計(jì)

    電加熱穩(wěn)壓器是本次試驗(yàn)的試驗(yàn)體，為了對(duì)比不同水位測(cè)量方式的測(cè)量特性，試驗(yàn)體上設(shè)計(jì)了3套水位測(cè)量裝置，其中一套為模擬核電廠穩(wěn)壓器水位測(cè)量裝置，利用穩(wěn)壓器壓力修正密度:一套利用壓差修正密度測(cè)量水位，在液體區(qū)域設(shè)置了已知高度的壓差測(cè)量裝置，用于補(bǔ)償穩(wěn)壓器內(nèi)密度:一套就地水位計(jì)，該水位計(jì)采用連通器原理實(shí)時(shí)反應(yīng)穩(wěn)壓器水容積狀態(tài)，并且將該狀態(tài)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。

 

2.3試驗(yàn)測(cè)量裝置

    采用iluke2645采集器進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，頻率為I liz。試驗(yàn)設(shè)備和儀表主要參數(shù)見表1.

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2.4試驗(yàn)工況安排

    試驗(yàn)主要是為了研究瞬態(tài)條件下水位測(cè)量特性的變化，通過調(diào)節(jié)排氣閥的開度模擬排放量，試驗(yàn)工況參數(shù)如表2所示。

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2.5試驗(yàn)不確定度分析

    依據(jù)計(jì)算公式，各因素靈敏系數(shù)為水位計(jì)算函數(shù)的偏導(dǎo)。高度的不確定度采用B類評(píng)定方法，考慮裝配誤差與讀數(shù)誤差，按經(jīng)驗(yàn)給定5 mm的偏差，按照均勻分布計(jì)算。考慮簡(jiǎn)化計(jì)算，一般間接測(cè)量值采用相對(duì)不確定度來(lái)進(jìn)行傳遞。水位壓差直接測(cè)量，其合成不確定度考慮儀表基本誤差引入的不確定度、配電器引入的不確定度以及采集器引入的不確定度，依據(jù)IAPWS-IF97工業(yè)公式未飽和與飽和水密度計(jì)算公式計(jì)算密度修正引入的不確定度。經(jīng)計(jì)算，瞬態(tài)試驗(yàn)在不考慮測(cè)量序列的不確定度外，水位測(cè)量的相對(duì)不確定度不超過1.48%。

 

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1穩(wěn)壓器內(nèi)水位變化趨勢(shì)

    試驗(yàn)體上布置有3套水位計(jì)。其中，就地水位計(jì)采用的是連通器原理，zui能夠直接反應(yīng)穩(wěn)壓器內(nèi)水位變化，為精確測(cè)量，試驗(yàn)過程中，在就地水位計(jì)內(nèi)布置有溫度測(cè)點(diǎn)，用于修正就地水位計(jì)與穩(wěn)壓器內(nèi)的密度差，將其作為實(shí)測(cè)水位。將實(shí)測(cè)水位、利用壓力計(jì)算飽和水密度以及利用液體區(qū)壓差進(jìn)行密度修正的結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如圖3所示。

    如圖3所示，3者測(cè)量趨勢(shì)與理論分析結(jié)果一致，其中壓差修正密度方式與就地水位計(jì)測(cè)量結(jié)果zui為接近，測(cè)量偏差在2%以內(nèi)。因此，采用壓差進(jìn)行密度修正有利于提高水位測(cè)量的精度。采用飽和密度進(jìn)行水位計(jì)算的結(jié)果與就地水位計(jì)結(jié)果有偏差，其原因在于穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)因壓力陡降，存在局部汽化現(xiàn)象，液相區(qū)密度低于飽和水密度，故僅采用壓力對(duì)應(yīng)飽和密度進(jìn)行修正存在較大測(cè)量偏差。

 

4.2穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度與降壓速率的關(guān)系

    從水位計(jì)算原理分析，壓力瞬變導(dǎo)致的穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度變化是導(dǎo)致水位測(cè)量出現(xiàn)偏差的主要貢獻(xiàn)因素，AP2為穩(wěn)壓器窄量程水位壓差，是穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度與引壓管密度差的表征量，不同壓降幅度與降壓速率對(duì)」P2影響如圖4-圖6所示。

    如圖4所示，各種工況情況下」弓變化趨勢(shì)一致，即隨著穩(wěn)壓器內(nèi)壓力的降低呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。假設(shè)」弓隨穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降升至的zui高值與」P2初始值之間的差為」P2的變化幅值，其幅值與壓力變化幅值并非線性關(guān)系，當(dāng)穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化幅值大于1 MPH時(shí)，姚變化幅值出現(xiàn)較大的增長(zhǎng)，詳見圖5。

    AP2的變化幅值與穩(wěn)壓器內(nèi)降壓速率趨勢(shì)如圖6所示，AP,的變化幅值隨降壓速率增大而增長(zhǎng)較快。

    定義」弓隨穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降升至zui高值的時(shí)間為過渡時(shí)間，各降壓速率下，AP2的變化幅值和過渡時(shí)間詳見表3。不同壓降速率條件下，P的過渡時(shí)間均小于40s，且與降壓速率單因素?zé)o強(qiáng)相關(guān)性。

 

5、結(jié)論

    核電廠穩(wěn)壓器水位采用壓差測(cè)量的方式，利用壓力對(duì)應(yīng)密度曲線修正穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度，針對(duì)本穩(wěn)壓器試驗(yàn)?zāi)M體，與液相區(qū)壓差測(cè)量修正密度分析對(duì)比發(fā)現(xiàn):

    (1)試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降過程中，穩(wěn)壓器內(nèi)水位因?yàn)橐合鄥^(qū)的密度變化，常用的飽和密度修正水位計(jì)算值與實(shí)際水位差值z(mì)ui大可達(dá)200 mm.

    (2)采用壓差修正密度方法在壓力瞬變情況下有較好的跟隨性，能夠更好的反應(yīng)水位特性，與實(shí)際水位差值小于50 mm.

    (3)試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，表征穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度變化的」乃的變化幅值與穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化速率正強(qiáng)相關(guān)，隨著穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化速率的增大，AP2變化幅值逐漸增大。

    (4)試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，AP,在壓力減小的過程中，過渡時(shí)間小于40、，且過渡時(shí)間與壓變速率單因素?zé)o強(qiáng)相關(guān)性。