孔板流量計作為一種典型的節流式流量計,其測量可用的前提包括：a)流體必須充滿管道,并連續流經管道;b)流體必須是牛頓流體;c)流體流經節流件時不發生相變;d)流體流量穩定;e)流體流動平穩無旋流 .針對以上測量限制條件,結合孔板流量計404KD的布置情況,初步判斷因孔板流量計下游流體汽化造成管道不滿水,進而無法讀取流量參數.
PIPENET軟件作為一個以特征線法為基礎的水系統仿真軟件,仿真效率高且誤差小.為了驗證以上猜想的正確性,本文采用PIPENET軟件對福建福清5號機組0028管線布置方案和可用的改進方法分別進行了模擬分析,其過程如下.
1.原設計方案
0028管線管徑為DN50（公稱直徑50mm）,由± 15.50m一路向下布置至 ± 0.00m,管道布置高差約15.50m,孔板流量計404KD布置在標高為+14.35m處.二次蒸汽冷凝器和冷凝液監測槽均為常壓設備,且冷凝液監測槽為槽底進料,因此可保證0028管道滿管運行.
模擬分析后對其進行管線節點壓力分布圖編制,詳見圖3,孔板流量計404KD布置于節點4與節點5之間.模擬結果顯示,0028管道重力流量達到15.85t/h,而設計流量僅為3.5t/h;此時流速達到了1.86m/s.
由圖3可以看出,孔板流量計404KD下游節點5和節點6處出現管線最低壓力為-0.076MPa,這是因為管道流速過大,在孔板流量計下游處形成"真空噴射器",當流體流經孔板時噴射出現負壓,此時壓力已低于冷凝液的飽和蒸汽壓,冷凝液繼而汽化,造成孔板流量計下游管道不滿水,從而造成孔板流量計的下游取壓管因處于抽吸狀態而無法取壓.
2.孔板流量計下游增設節流孔板
理論分析后,決定對福建福清5號機組采用在孔板流量計404KD下游增加節流孔板的方案,以保證孔板流量計404KD下游管道滿水而壓力可取.為了驗證該方案的可行性,采用PIPENET軟件進行模擬,在節點5和節點6之間增加節流孔板.經調試數據,節流孔板開孔孔徑選取11mm.此時模擬的壓力分布圖如圖4所示.通過節流孔板進一步節流,管道內流量可控制在3.46t/h,接近設計流量3.5t/h.
由圖4可以看出,增加節流孔板后,孔板流量計404KD下游壓力轉變為正值,節點3和節點4之間的壓差由孔板流量計404KD的節流件引起,而不再受下游管線布置影響.經調試確認,該模擬結果與現場調試基本吻合.但實際調試過程中讀取的流量僅為3.0t/h,該結果初步考慮為實際流體流動與模擬流動偏差、管路實際流阻與計算偏差等因素所致,可根據現場實際情況,對節流孔板采用擴孔的方式,以達到設計流量.
3.孔板流量計布置下移經核實,秦山核電廠M310機組,將孔板流量計布置于冷凝液監測槽上方3.5m處,并于孔板流量計404KD下游設置近3.0m水封,該布置方案運行良好.結合參考電站布置和福建福清5號機組布置的情況,通過PIPENET軟件對孔板流量計404KD布置于冷凝液監測槽入口處的方案進行模擬.此次模擬孔板流量計404KD布置于節點15和節點16之間.考慮到冷凝液監測槽內的最低液位影響,在冷凝液入口處設置2m水柱,其模擬結果如圖5所示.
從圖5可以看到,管道內因布置高差引起的"真空態"基本消失,該情況基本避免了因管內壓力小于冷凝液的飽和蒸汽壓而引起的冷凝液汽化現象,因此可以預測此時孔板流量計所在管道可以實現滿水流動,孔板流量計可以正常讀取流量數據.
4．改進方法及結果真空態的出現將伴隨管道內冷凝液的汽化,因此無法實現管道滿水.根據上述分析,解決問題的關鍵在于使孔板流量計404KD脫離真空態的區域,可以通過在孔板流量計下游增設節流孔板來改變管內的真空態區域,也可以通過移動孔板流量計403KD到較低的位置,避免管系內出現真空態.
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