CN104332193A - 一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂***过程测量方法，具体涉及一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法。它包括如下步骤：步骤一：获得基本参数；步骤二：获得基本测量数据；步骤三：水位计算。其优点是，在采用数字化技术后，可以对不同测量工况下的蒸汽发生器下降通道中的水、水蒸气、参考管水的密度以及蒸汽发生器本体的热膨胀进行实时计算，使测量***可以确保在任何工况下都可以直接测量到实际水位，提高了测量的精度，减轻了运行人员负担。

Description

一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法

技术领域

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂***过程测量方法，具体涉及一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法。

背景技术

核电厂中，蒸汽发生器的水位必须保持在合适的高度，过高或者过低都会危及核电厂的安全运行，必须及时调整到合适高度，否则必须触发反应堆紧急停堆，因此，蒸汽发生器的水位是重要的保护、控制以及事故后监测参数，提高其测量精度对保障核电厂的安全运行十分必要。

蒸汽发生器的水位测量通常采用差压法，即通过差压变送器测量上下取压口之间的差压，然后信号处理***根据差压计算得到蒸汽发生器内的实际水位。测量***示意图如图1所示。

由于传统的核电厂I&C***采用模拟技术，因此，必须对蒸汽发生器水位测量模型进行简化，即，选择某一标准工况进行标定，标定时，让变送器输出4mA时对应水位下限，输出20mA时对应水位上限。而对于其他工况，由设计人员离线计算出水位对应关系和修正系数，运行人员根据这些修正系数确定实际水位，如图2所示。

采用离线计算虽然能够一定程度上满足运行需要，但由于其精度差、响应慢，运行人员负担重，对电厂的安全经济运行存在不利影响。

随着数字化技术的广泛应用，比如国内的岭澳二期核电厂就采用了全数字化的仪控平台，复杂的信号处理方法实现起来变得可行，而且越来越容易，因此，不论是从提高电厂安全性角度还是提升人因工程水平角度，对传统核电厂中所采用的蒸汽发生器水位计算方法进行改进都十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，它能够提升各种工况下蒸汽发生器水位测量的准确性，从而提高核电厂的安全性和经济性，优化人机接口，减轻运行人员负担。

本发明是这样实现的，一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，它包括如下步骤：

步骤一：获得基本参数；

步骤二：获得基本测量数据；

步骤三：水位计算。

所述的步骤一包括，通过现场测量获得下列参数：

1）20℃时上下取压管的距离d_p；

2）20℃时平衡容器到下取压管的距离d_r；

其中，蒸汽发生器的膨胀系数C由制造方提供，重力加速度g通过电厂厂址实测得到，精确到小数点后2位。

所述的步骤二包括，

1）通过水位变送器获得水位差压ΔP，

2）通过主蒸汽***测量获得主蒸汽质量流量Q_V、比焓E_V、压力P_S，

3）通过主给水***测量获得给水质量流量Q_F和比焓E_F，E_R为返回流比焓。

所述的步骤三包括如下步骤，

1）计算循环倍率R

$R=\frac{Q_F-Q_V}{Q_V}$

2）计算下降通道水的比焓E_D

$E_D=\frac{(R-1)E_R+E_F}{R}$

3）计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据下降通道水的比焓E_D和压力P_S计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D，

4）计算参考水密度ρ_r

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据压力P_S和仪表管的温度T_r计算仪表管内水的密度ρ_r，如果仪表管没有温度测量，通常可以取T_r=40℃，

5）计算蒸汽的密度ρ_v

蒸汽发生器内的水蒸气处于饱和态，通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据蒸汽压力P_S计算蒸汽的密度ρ_v，

6）计算平衡容器到下取压管的距离D_r

D_r=d_r+C(T_D-20)d_p

7）计算蒸汽发生器实际水位

$H=\frac{\frac{\mathrm{\ΔP}}{g}-D_r({\mathrm{\ρ}}_V-{\mathrm{\ρ}}_r)}{{\mathrm{\ρ}}_D-{\mathrm{\ρ}}_V}.$

本发明的优点是，在采用数字化技术后，可以对不同测量工况下的蒸汽发生器下降通道中的水、水蒸气、参考管水的密度以及蒸汽发生器本体的热膨胀进行实时计算，使测量***可以确保在任何工况下都可以直接测量到实际水位，提高了测量的精度，减轻了运行人员负担。

附图说明

图1为测量***示意图；

图2为水位对应关系和修正系数示意图；

图3为蒸汽发生器测量水位与实际水位对应关系变送器在满功率下标定图。

图中，1蒸汽发生器，2平衡容器，3上取压管，4下取压管，5差压变送器。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行详细介绍：

本发明要解决的技术问题是通过充分利用数字化技术带来信号处理上的便捷，将影响蒸汽发生器水位测量的各个物理参数纳入到测量***计算过程中，从而实现精确测量蒸汽发生器实际水位的目的。

一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，包括：

步骤一：获得基本参数

测量***安装完毕后，通过现场测量获得下列参数：

1）20℃时上下取压管的距离d_p；

2）20℃时平衡容器到下取压管的距离d_r

其中，蒸汽发生器的膨胀系数C由制造方提供，重力加速度g通过电厂厂址实测得到，精确到小数点后2位。

步骤二：获得基本测量数据

1）通过水位变送器获得水位差压ΔP

2）通过主蒸汽***测量获得主蒸汽质量流量Q_V、比焓E_V、压力P_S

3）通过主给水***测量获得给水质量流量Q_F和比焓E_F，E_R为返回流比焓，

步骤三：水位计算

水位计算分为如下几个步骤：

1）计算循环倍率R

$R=\frac{Q_F-Q_V}{Q_V}$

2）计算下降通道水的比焓E_D

$E_D=\frac{(R-1)E_R+E_F}{R}$

3）计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法（其他被认可的近似拟合公式也可以使用），根据下降通道水的比焓E_D和压力P_S计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D。

4）计算参考水密度ρ_r

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法（其他被认可的近似拟合公式也可以使用），根据压力P_S和仪表管的温度T_r计算仪表管内水的密度ρ_r。如果仪表管没有温度测量，通常可以取T_r=40℃。

5）计算蒸汽的密度ρ_v

蒸汽发生器内的水蒸气处于饱和态，通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法（其他被认可的近似拟合公式也可以使用），根据蒸汽压力P_S计算蒸汽的密度ρ_v。

6）计算平衡容器到下取压管的距离D_r

D_r=d_r+C(T_D-20)d_p

7）计算蒸汽发生器实际水位

$H=\frac{\frac{\mathrm{\ΔP}}{g}-D_r({\mathrm{\ρ}}_V-{\mathrm{\ρ}}_r)}{{\mathrm{\ρ}}_D-{\mathrm{\ρ}}_V}$

其中，

d_p，D_p    上下取压管的距离

          (d_p：20℃时；D_p：在运行工况下)

d_r，D_r    平衡容器到下取压管的距离

          (d_r：20℃时；D_r：在运行工况下)

C         蒸汽发生器的膨胀系数

ρ_D       下降通道内水的密度

ρ_v        蒸汽的密度

ρ_r        仪表管内水的密度

T_D        下降通道水的温度

T_r        仪表管的温度

Q_F,E_F     给水质量流量和比焓

Q_R,E_R     返回流质量流量和比焓

Q_D,E_D     下降通道质量流量和比焓

Q_V,E_V     蒸汽质量流量和比焓

R

          循环倍率

ΔP       水位时差压变送器测量到的差压值(高压侧(H.P.)减低压侧(L.P.))

H         蒸汽发生器内的实际水位

P_S        主蒸汽压力

则有：

ΔP=[H(ρ_D-ρ_V)+D_r(ρ_V-ρ_r)]g。

Claims (4)

1.一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：获得基本参数；

步骤二：获得基本测量数据；

步骤三：水位计算。

2.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤一包括，通过现场测量获得下列参数：

1）20℃时上下取压管的距离d_p；

2）20℃时平衡容器到下取压管的距离d_r；

其中，蒸汽发生器的膨胀系数C由制造方提供，重力加速度g通过电厂厂址实测得到，精确到小数点后2位。

3.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤二包括，

1）通过水位变送器获得水位差压ΔP，

2）通过主蒸汽***测量获得主蒸汽质量流量Q_V、比焓E_V、压力P_S，

3）通过主给水***测量获得给水质量流量Q_F和比焓E_F，E_R为返回流比焓。

4.如权利要求1所述的一种基于数字化技术的蒸汽发生器水位测量方法，其特征在于：所述的步骤三包括如下步骤，

1）计算循环倍率R

$R=\frac{Q_F-Q_V}{Q_V}$

2）计算下降通道水的比焓E_D

$E_D=\frac{(R-1)E_R+E_F}{R}$

3）计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据下降通道水的比焓E_D和压力P_S计算下降通道水的温度T_D和密度ρ_D，

4）计算参考水密度ρ_r

通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据压力P_S和仪表管的温度T_r计算仪表管内水的密度ρ_r，如果仪表管没有温度测量，通常可以取T_r=40℃，

5）计算蒸汽的密度ρ_v

蒸汽发生器内的水蒸气处于饱和态，通过水和水蒸气热力性质国际标准IAPWS-IF97提供的计算方法，根据蒸汽压力P_S计算蒸汽的密度ρ_v，

6）计算平衡容器到下取压管的距离D_r

D_r=d_r+C(T_D-20)d_p

7）计算蒸汽发生器实际水位

$H=\frac{\frac{\mathrm{\ΔP}}{g}-D_r({\mathrm{\ρ}}_V-{\mathrm{\ρ}}_r)}{{\mathrm{\ρ}}_D-{\mathrm{\ρ}}_V}.$