對德爾塔巴流量計在先進堆芯冷卻機組試驗臺架（ACME)破口分離和測量系統(tǒng)及非能動堆芯冷 卻系統(tǒng)中的微差壓關(guān)鍵流量測量技術(shù)進行分析，并對應(yīng)用效果進行了評估。通過改進德爾塔巴流量計的引壓 結(jié)構(gòu)，證明流量計可以工作在常壓微差壓的測量工況下，水流量計零點偏移可維持在0.005 kPa以內(nèi)。通過 與超聲波流量計的精度對比測試，證明德爾塔巴流量計在破口分離和測量系統(tǒng)中可獲得較好的測量效果。在 非能動堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS)中，主要對德爾塔巴流量計在小流量下的測量技術(shù)進行了研究，通過與超聲波 流量計的精度對比測試，證明德爾塔巴流量計在其計算書標(biāo)明的最小可測流量下仍具備一定的測量能力，運 行經(jīng)驗表明其測量小流量的能力最終受差壓變送器零點偏移現(xiàn)象所決定。

0.引言

CAP1400是國家核電技術(shù)公司在引進、消化、 吸收美國AP1000核電站后自主研發(fā)的第三代 大型壓水堆核電站，其中使用了大量先進的非能 動堆芯冷卻技術(shù)。先進堆芯冷卻機理試驗臺架 (ACME)是用于CAP1400設(shè)計驗證的大尺寸試驗設(shè)施。

為較好地對CAP1400事故工況進行模擬， ACME流量測量具有嚴(yán)奇的測量要求。ACME選 用了德爾塔巴差壓式流量計測量水流量和蒸汽流 量。雖然德爾塔巴流量計在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了不 少的實施經(jīng)驗，但在ACME試驗臺架上進行使用需要解決試驗工況跨度大、精度要求高、投用條 件嚴(yán)苛等方面的多個技術(shù)問題。文獻和文獻對于上述流量測量的多個問題進行了研究，但未 對微差壓工況下的流量測量精度進行研究。

本文針對ACME試驗系統(tǒng)中較特殊的破口 分離和測量系統(tǒng)（BAMS)和非能動堆芯冷卻系 統(tǒng)（PXS)關(guān)鍵微差壓流量測量技術(shù)進行詳細(xì)的 分析研究，對流量測量儀表進行了改進設(shè)計，最 后對應(yīng)用情況進行了對比分析。

1.德爾塔巴流量計測量原理

德爾塔巴流量計屬于改進型的均速管流量計 (圖1),具有更小的永久壓損,甚至比阿牛 巴流量計還要小4?5倍。ACME試驗臺架中， 德爾塔巴流量計探桿作為一次元件，使用 EJA110A差壓變送器作為二次元件。差壓值經(jīng)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)讀取后進行溫度補償計算，最終顯示 流量。

2.ACME BAMS系統(tǒng)水流量測量

ACME在小破口事故工況下要對破口模擬系 統(tǒng)和自動降壓系統(tǒng)（ADS)噴出的流量進行精確 測量。由于破口試驗工況發(fā)生在9.2 MPa、295°C 左右的熱穩(wěn)態(tài)工況，ACME主回路系統(tǒng)中的介質(zhì) 直接噴出至常壓常溫環(huán)境，因此噴出蒸汽和水的 混合介質(zhì)。為了實現(xiàn)對兩相流量的精確測量， BAMS將破口兩相介質(zhì)先通入汽-水分離器中分 離為蒸汽和水，再使用德爾塔巴流量計分別進行 單相介質(zhì)的測量。BAMS包含了 3個圖2所示的 基本測量系統(tǒng)，分別用于測量破口及兩列4級 ADS噴出的兩相介質(zhì)。

BAMS不參與ACME主回路及PXS的升溫 升壓，工作在100°C以下、常壓的工況范圍內(nèi)； 但試驗破口開始后，該系統(tǒng)需要立刻進行精確的 流量測量。

2.1ACME BAMS水流量測量的設(shè)計

ACME試驗臺架于高溫高壓下開始試驗，直 至降至常溫常壓下才結(jié)束。因此，破口水流量的 測量具有較大的量程比，如破口分離器后水流量 需要的精確測量范圍為3.9~37 t/h,量程比達到 45:1。為了能夠覆蓋如此大的量程比，設(shè)計了多 個U型水封支路，通過多臺水流量計并聯(lián)測量大 流量，而在小流量下則使用單個支路進行測量。

標(biāo)準(zhǔn)的流量計安裝方式如圖3a所示，通過壓 力變送器排水口將U型水封中的水向下排出，從 而將引壓管中的氣體壓出。然而，由于水封流量 計一直工作在常壓環(huán)境，排水壓力低，不能保證 引壓管中的氣體完全排凈，會導(dǎo)致流量計出現(xiàn)一 定的零點漂移，又由于德爾塔巴流量計流量系數(shù) 較大，會造成較大的流量偏移數(shù)值。以4級ADS 汽-水分離器水流量計為例，流量計測量范圍為 1.63?10.18 t/h,對應(yīng)的差壓為0.09?3.51 kPa ；僅 0.2 kPa的零點偏移，就可以造成2.43 t/h的流量 偏移。而原流量計即使放置多天，變送器的零點 都會在0.2 kPa以內(nèi)偏移，其他水封上的流量計情 況甚至更糟，這樣的結(jié)果顯然是不可接受的。造 成這種現(xiàn)象的原因主要是因為標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式在 排氣時水流的流動方向與氣體自然流動方向相 反，因此，只有通過一定壓力的水介質(zhì)才能將氣 體從引壓管路中排凈；而水封上的流量計介質(zhì)壓 力太低，很容易使氣體集中在引壓管路中的拐角 處和正壓探桿內(nèi)部。這種氣體集聚狀態(tài)不穩(wěn)定， 不易排出，而流量計又工作在測量微差壓的狀態(tài)， 因此造成較大的流量零點偏移.

為了解決這一問題，ACME試驗對U型水封 上的流量計進行了改進設(shè)計，如圖3b所示。

改進設(shè)計中，取消了閥組結(jié)構(gòu)，引壓管路盡量采用內(nèi) 徑變化較少的部件，避免產(chǎn)生集氣的環(huán)節(jié)；引壓 管A段自工藝管道引出后水平略微傾斜向上，C 段水平略微傾斜向下。在使用時，首先關(guān)閉排氣 閥，旋松變送器排污螺釘，使水流將C段引壓管 中的氣體盡可能的壓出。之后再擰緊變送器排污 螺釘，開啟排氣閥，將A\B\C段未壓出的氣體排 出。這種設(shè)計使得排氣時水流方向與氣體自然流 動方向一致；而C段由于沒有變徑環(huán)節(jié)且略傾斜 向下，未能在排水時排出的氣體會自然地向排氣 閥處集聚，最終在排氣閥開啟時排出。

2.2ACME BAMS水流量測量應(yīng)用效果

針對改進設(shè)計，對水流量零點偏移情況進行 了測試。仍以4級ADS分離器后水流量計為例， 經(jīng)過各種系統(tǒng)啟動和停止的交替運行和多曰的觀 測，差壓表零點偏移量均在0.005 kPa (0.384 t/h) 以內(nèi)。各水封流量計長期運行結(jié)果顯示，零點偏 移也都可維持在0.005 kPa以內(nèi)。

將系統(tǒng)運行在穩(wěn)定流量，流量計與外夾式超 聲波流量計（Flexim F601流量計，精度1%R) 進行對比測試，在3?11 t/h的流量范圍內(nèi)，流量 計的讀數(shù)誤差在±1%以內(nèi)，具有較高的精度。

3.ACME PXS注入流量測量

ACME PXS系統(tǒng)注入流量具有較大的量程 比，因此其標(biāo)稱精度通過分段進行顯示。以堆芯 補水箱（CMT)注入流量為例，計算書表明其最 小可測流量為6.8 m3/h,精度為5%R (示值相對

誤差）。

ACME試驗臺架中部分流量計的需求測量范 圍要小于計算書最小測量流量。以CMT注入流 量為例，最小測量流量為0.5 m3/h ;此時的差壓 約為0.034 kPa,測量條件已經(jīng)非常嚴(yán)酷。為了保 證這部分?jǐn)?shù)據(jù)的精度，對這些儀表進行了補充測 試。在測試時，由于目標(biāo)流量很低，系統(tǒng)水泵已 經(jīng)無法穩(wěn)定運行，只好通過容器中工質(zhì)的自重配 合手閥調(diào)節(jié)達到需要的小流量工況，進行瞬態(tài)流 量值的測試和記錄。由于水流較小，容器直徑很 大，在這種情況下瞬態(tài)流量變化很小，代入的誤 差可忽略不計。

測試結(jié)果表明，德爾塔巴流量計在計算書的 最小測量流量以下仍然具備一定的測量能力，但 精度有所下降（表1)。CMT安注流量計在0.36 m3/h左右的流量下讀數(shù)精度約為30%。此時的差 壓僅為0.017 kPa ；如果流量繼續(xù)下降，零點偏移 產(chǎn)生的誤差也會迅速加大。其他安注管道上的流 量計在最低流量下的測量精度基本也在10%?30%的范圍內(nèi)，達到了較好的測量效果。經(jīng)過長 期的監(jiān)測，在ACME試驗測量工況中，德爾塔巴 流量計小流量測量能力主要受零點偏移情況制 約，在控制住零點偏移的情況下（長期觀測表明 零點偏移< 0.005 kPa),可以在理論最小測量流 量以下一定范圍內(nèi)進行使用。

4.結(jié)束語

對德爾塔巴流量計在ACME試驗臺架微差 壓流量測量的設(shè)計和應(yīng)用情況進行了分析，補充 了德爾塔巴流量計在微差壓小流量下的應(yīng)用經(jīng)驗。

研究表明，當(dāng)流量計使用在豎直管、常壓、 微差壓測量的工況下時，傳統(tǒng)的安裝方法存在缺 陷，導(dǎo)致流量計引壓管線排氣不凈，造成較大流 量偏移。文中介紹的改進安裝方式，具有良好的 效果，可將零點偏移控制在0.005 kPa以內(nèi)。

此外，經(jīng)過實際測試，證明德爾塔巴流量計 的測量范圍相比計算書可以進行一定程度的擴 展，并能達到10%~30%的讀數(shù)精度誤差。最終其 小流量測量能力主要受到零點偏移現(xiàn)象的制約。