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文章摘要:节能降耗在核电厂流量仪表的应用,韩非子迁善黜恶而得名,孙家典身卖命老道。

 节能降耗在核电厂流量仪表的应用
发布时间:2018-03-12

【内容摘要】流量仪表是核电厂测量中的重要仪表之一,e世博_e世博投注_e世博网投:其中e世博_e世博投注_e世博网投的应用最为广泛。由于孔板流量计永久压力损失的存在,会造成额外的能源耗费。考虑到当前节能降耗已成为我国经济建设的重中之重,本文结合华龙一号核电厂具体孔板的选型情况,探讨采用低压力损失流量仪表替代孔板的应用前景。
  为贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》(国发[2013]30号)规定和要求,国家发展和改革委员会一直致力于加快节能技术进步和推广普及,引导用能单位采用先进适用的节能新技术、新装备、新工艺,促进能源资源节约集约利用,缓解资源环境压力的工作,积极在电力、化工、钢铁、有色金属等行业推行节能技术。核电站作为电力行业,应响应国家号召,积极探寻节能手段。本文主要探讨华龙一号核电站流量仪表选型方面节能降耗的前景。
一、华龙一号核电厂流量测量现状
  华龙一号核电站作为一种将核能转化为电能的重要设施,其运行效果与国民经济和人们日常生活有着密切联系。为了保证其运行效率和质量,节流装置配差压仪表、电磁流量计转子流量计、超声波流量计、容积式流量计、旋进旋涡流量计等各种各样流量仪表被应用在华龙一号核电站,用以衡量核电站相关数据的量变过程和结果,为监测核电站运行提供科学的有效手段。在这些流量仪表中,节流装置中的孔板配差压仪表,在华龙一号核电站的流量测量中应用最为广泛。
二、华龙一号核电站孔板流量测量应用情况
  目前华龙一号核电站的孔板按照机械等级分为核级和非核级两类。核级孔板依据RCC-M《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》,对于制造、材料,焊接和试验等方面与传统机械设备的设计要求存在一定区别,目的是为保证核电厂的安全运行。按照双机组计算,目前核级孔板约有224块,非核级孔板约有75块。根据安装管道口径,孔板口径覆盖DN50至DN700。测量介质包括液体,气体和蒸汽。介质设计温度在40℃至316℃,设计压力覆盖0.2MPa至24MPa。
  与孔板配套使用的差压仪表,根据电气分级的不同,分为核级仪表和非核级仪表;根据检测位置的不同,分为远传差压变送器和就地差压表;根据检测目的不同,分为永久安装仪表和临时安装的试验仪表。
三、孔板测量简介和优缺点
(一)孔板测量简介。孔板是在管道中安装了一个中间为圆孔的节流件,迫使流动的流束截面变小,流速加快,压力降低,与前方未节流的流体压力形成了差压,差压的开方与流量成正比。通过差压仪表配合,可测得管道的流量。
(二)孔板的优点。孔板的优点是具有大量测试数据,这些数据得到了国际标准组织的认可,无需实流校准;其结构易于复制,简单、牢固;应用范围广,测量流体范围广(液、气、蒸汽)、一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量。针对核电站环境,部分厂房存在辐照,而孔板材质为金属,辐照对其无影响,因此孔板在核电站应用比较广泛。
(三)孔板的缺点。孔板的缺点如测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平;测量量程比窄,一般仅3:1~4:1;有较长的前后直管段长度要求,一般难于满足;孔板以内孔锐角线来保证精度,因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感,长期使用精度难以保证。除此之外,由于存在节流孔,导致压力损失大,会造成能源的额外消耗。
四、采用低压损流量仪表代替孔板流量计的节能分析
(一)孔板能耗费用。孔板的能耗与孔板造成的永久压力损失有关,能耗计算公式[1]为:
W=(Δω×Q)/η(1)
  式中:W—能耗值,W(瓦);Δω—永久压损值,Pa;Q工况下的体积流量值,m3/s;η—泵和电动机的效率,一般取0.85。年能耗费的计算公式[2]为:
年能耗费(元/年)=(W/1000)×(运行时数/年)×(元/千瓦小时)(2)
(二)采用超声波流量计替代孔板的节能分析。超声波流量计由于在管道中没有阻力件,压力损失小,相对孔板均有较小的前后直管段要求,目前在华龙一号核电厂中也有不少应用。如替代孔板测量,可有效降低压力损失从而减低能耗。下面从两个典型流量测点分析超声波替代孔板的节能应用可行性。
1.设冷水公共环路入口流量测量WCC021MD。设冷水公共环路入口流量仪表WCC021MD采用非核级差压变送器进行测量并远传至主控室指示。该测点的正常流量为2216m3/h,孔板的永久压力损失约为29.2KPa,该测点基本全年均需运行,假设电费为1元/千瓦小时,根据公式(1)和(2),该测点使用孔板测量的年能耗费用约在18.5万元。
  分析该测点更换为超声波流量计的可行性。该测点的介质为设备冷却水,介质的设计压力为1.35MPa,设计温度为40℃。测点所在管道口径为DN650,管道的机械等级为核级,需要考虑抗震完整性。该测点的孔板布置在绿区。根据上面的条件分析,可考虑采用外夹式超声波流量计,这种替代不会影响管道完整性。
  与差压变送器相比,超声波流量计需额外考虑220VAC供电,目前华龙一号核电厂采用的超声波流量计的功率都不大于30W,为简化分析,均按照30W计算,则超声波流量计年运行费用约为270元。因此,如将该测点流量测量由孔板改为超声波流量计,每年运行成本将节省约18万元。考虑初期的采购成本,采购外夹式超声波流量计比采购差压变送器和孔板约贵10万元。一般核电厂的仪表使用时间为10年,因此综合考虑采购成本和运行成本,采用超声波流量计每年约可节省17万元。
2.WNC101/202/303CS入口设冷水临时流量测量WCC101/202/203YD。WNC101/202/303CS入口设冷水流量测量仪表WCC101/202/203YD为临时安装的流量仪表,在平时正常运行的时候不使用,在设备检修和定期试验的时候会临时安装上进行测量。每个测点的正常流量为450m3/h,孔板的永久压力损失约为34.2KPa,测点基本全年均需运行,仍假设电费为1元/千瓦小时,根据公式(1)和(2),每个测点使用孔板测量的年能耗费用约在4.3万元。
  由于该测点仅在设备检修或定期试验的时候才临时安装使用,测点安装在绿区,如考虑取消孔板,在需要使用时采用现场已有的移动式超声波流量计进行测量,无需额外设备采购费用,这样每个测点每年可节省约4.3万元。
五、结语
  根据实例分析,通过对典型孔板测点进行选型替换,可带来可观的经济收益,存在实现节能降耗的应用前景。由于流量仪表选型替换可能影响到设计文件、运行规程、配电、业主使用习惯等的变化,如后续实施,需各方面积极沟通,保证节能降耗应用的顺利开展。

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