孔板流量计作为一种典型的节流式流量计,其测量可用的前提包括：a)流体必须充满管道,并连续流经管道;b)流体必须是牛顿流体;c)流体流经节流件时不发生相变;d)流体流量稳定;e)流体流动平稳无旋流 .针对以上测量限制条件,结合孔板流量计404KD的布置情况,初步判断因孔板流量计下游流体汽化造成管道不满水,进而无法读取流量参数.
PIPENET软件作为一个以特征线法为基础的水系统仿真软件,仿真效率高且误差小.为了验证以上猜想的正确性,本文采用PIPENET软件对福建福清5号机组0028管线布置方案和可用的改进方法分别进行了模拟分析,其过程如下.
1.原设计方案
0028管线管径为DN50（公称直径50mm）,由± 15.50m一路向下布置至 ± 0.00m,管道布置高差约15.50m,孔板流量计404KD布置在标高为+14.35m处.二次蒸汽冷凝器和冷凝液监测槽均为常压设备,且冷凝液监测槽为槽底进料,因此可保证0028管道满管运行.
模拟分析后对其进行管线节点压力分布图编制,详见图3,孔板流量计404KD布置于节点4与节点5之间.模拟结果显示,0028管道重力流量达到15.85t/h,而设计流量仅为3.5t/h;此时流速达到了1.86m/s.
由图3可以看出,孔板流量计404KD下游节点5和节点6处出现管线最低压力为-0.076MPa,这是因为管道流速过大,在孔板流量计下游处形成"真空喷射器",当流体流经孔板时喷射出现负压,此时压力已低于冷凝液的饱和蒸汽压,冷凝液继而汽化,造成孔板流量计下游管道不满水,从而造成孔板流量计的下游取压管因处于抽吸状态而无法取压.
2.孔板流量计下游增设节流孔板
理论分析后,决定对福建福清5号机组采用在孔板流量计404KD下游增加节流孔板的方案,以保证孔板流量计404KD下游管道满水而压力可取.为了验证该方案的可行性,采用PIPENET软件进行模拟,在节点5和节点6之间增加节流孔板.经调试数据,节流孔板开孔孔径选取11mm.此时模拟的压力分布图如图4所示.通过节流孔板进一步节流,管道内流量可控制在3.46t/h,接近设计流量3.5t/h.
由图4可以看出,增加节流孔板后,孔板流量计404KD下游压力转变为正值,节点3和节点4之间的压差由孔板流量计404KD的节流件引起,而不再受下游管线布置影响.经调试确认,该模拟结果与现场调试基本吻合.但实际调试过程中读取的流量仅为3.0t/h,该结果初步考虑为实际流体流动与模拟流动偏差、管路实际流阻与计算偏差等因素所致,可根据现场实际情况,对节流孔板采用扩孔的方式,以达到设计流量.
3.孔板流量计布置下移经核实,秦山核电厂M310机组,将孔板流量计布置于冷凝液监测槽上方3.5m处,并于孔板流量计404KD下游设置近3.0m水封,该布置方案运行良好.结合参考电站布置和福建福清5号机组布置的情况,通过PIPENET软件对孔板流量计404KD布置于冷凝液监测槽入口处的方案进行模拟.此次模拟孔板流量计404KD布置于节点15和节点16之间.考虑到冷凝液监测槽内的最低液位影响,在冷凝液入口处设置2m水柱,其模拟结果如图5所示.
从图5可以看到,管道内因布置高差引起的"真空态"基本消失,该情况基本避免了因管内压力小于冷凝液的饱和蒸汽压而引起的冷凝液汽化现象,因此可以预测此时孔板流量计所在管道可以实现满水流动,孔板流量计可以正常读取流量数据.
4．改进方法及结果真空态的出现将伴随管道内冷凝液的汽化,因此无法实现管道满水.根据上述分析,解决问题的关键在于使孔板流量计404KD脱离真空态的区域,可以通过在孔板流量计下游增设节流孔板来改变管内的真空态区域,也可以通过移动孔板流量计403KD到较低的位置,避免管系内出现真空态.
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