引 言 至整個裝置的安全與運行控制具有重要的意義。

在壓水堆核動力裝置中，壓力安全系統(tǒng)負 目前，針對穩(wěn)壓器水位測量與控制問題，國內(nèi)外責反應堆一回路系統(tǒng)運行壓力的穩(wěn)定與控制保 均開展了大量的研究工作。國外主要研究利用狀護[1]，電加熱穩(wěn)壓器是壓力安全系統(tǒng)的主要設備。 態(tài)反饋[2]、模糊控制[3]、神經(jīng)網(wǎng)絡[4]等手段實現(xiàn)更在一回路系統(tǒng)和設備發(fā)生泄漏的瞬態(tài)條件下，準 為精準的水位控制。國內(nèi)方面，袁明春等提出對確測量穩(wěn)壓器水位的變化，對于核動力一回路乃 穩(wěn)壓器內(nèi)介質密度進行補償實現(xiàn)高精度測量[5]；王曉龍等根據(jù)穩(wěn)壓器水位參數(shù)與反應堆進出口平均溫度、穩(wěn)壓器壓力與溫度、主回路系統(tǒng)的冷卻劑裝量、充排水流量等熱工水力參數(shù)的禍合關系，提出一種基于支持向量回歸的穩(wěn)壓器水位信號重構方法U;馬進等通過對壓水堆核電廠穩(wěn)壓器實際運行特性的分析研究，在合理簡化與假設的墓礎上分別對穩(wěn)壓器蒸汽區(qū)以及液體區(qū)建立質量和能量守恒方程，建立兩區(qū)不平衡的穩(wěn)壓器模型，通過仿真對穩(wěn)壓器主要參數(shù)進行了動態(tài)特性分析川。目前的研究主要集中在穩(wěn)壓器穩(wěn)態(tài)水位測量和水位控制方面，對于壓力瞬變情況下，水位測量特性方面的研究關注較少。

 

   鑒于工程實際需求，本文針對壓力瞬變條件下的水位測量特性進行了試驗研究，提出了利用壓差進行液相區(qū)的密度修正的測量方法，并搭建了熱態(tài)試驗回路，測量獲得了不同蒸汽泄漏瞬態(tài)工況下的穩(wěn)壓器內(nèi)壓力、溫度以及水位測量變化信號，構建了分析模型，研究了壓力瞬變條件下，穩(wěn)壓器液相區(qū)的密度變化特征以及對水位測量特性的影響規(guī)律。

 

1、穩(wěn)壓器水位測量原理

    在額定功率下，穩(wěn)壓器內(nèi)60%是飽和水，40%為飽和蒸汽181，穩(wěn)壓器水位通過測量穩(wěn)壓器內(nèi)已知高度間的壓差，再利用密度修正計算得出。壓差測點分別布置在蒸汽空間與液體空間，核電廠穩(wěn)壓器水位(h)測量原理如下:

 

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式中，P0、Pr Ps分別為引壓管內(nèi)液體密度、穩(wěn)壓器內(nèi)飽和水和飽和蒸汽密度，k留M3., h，是高低引壓點高度差，m;明為測量壓差，Pa; g為重力加速度，m·S-2.

    由式(1)可以看出，密度對于水位測量的結果影響很大。當壓力瞬態(tài)變化時，對應的飽和水和飽和蒸汽密度會同時發(fā)生變化，同時，引壓管內(nèi)液體密度也發(fā)生相應變化，尤其是在壓力瞬間下降時，液相飽和水部分發(fā)生汽化，如果一直采用飽和水密度代替，容易出現(xiàn)水位測量偏差。

 

2、試驗裝置與試驗步驟

    正常運行過程中，回路管道、穩(wěn)壓器泄壓閥以及人孔密封發(fā)生泄漏都會導致穩(wěn)壓器內(nèi)非降溫影響的壓力下降，壓力下降將導致液相區(qū)蒸發(fā)以及區(qū)內(nèi)密度變化，從而使得水位發(fā)生變化，可能存在測量水位值與真實水裝量變化不符的情況，容易導致水位控制的誤操作進而影響運行安全。

    為了模擬穩(wěn)壓器的蒸汽泄漏工況，研究水位測量隨泄漏率的變化情況，試驗以電加熱穩(wěn)壓器為試驗體，配置了相應的補水、排放裝置。考慮泄漏發(fā)生的較惡劣工況，本次試驗模擬了2.6-7.8kPa/、的降壓速率，降壓期間不進行噴淋，且穩(wěn)壓器與一回路系統(tǒng)進行了隔離，避免了一回路容積波動對穩(wěn)壓器壓力的影響。

 

2.1試驗回路系統(tǒng)

    試驗回路系統(tǒng)流程如圖I所示。上充泵將水箱的水送入穩(wěn)壓器內(nèi)，穩(wěn)壓器內(nèi)的電加熱裝置將穩(wěn)壓器壓力升至相應工作壓力并穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器蒸汽排放閥的開度，模擬不同的蒸汽泄漏率。當穩(wěn)壓器內(nèi)水位低于設定值時，啟動上充泵向穩(wěn)壓器內(nèi)補水。

 

2.2試驗體設計

    電加熱穩(wěn)壓器是本次試驗的試驗體，為了對比不同水位測量方式的測量特性，試驗體上設計了3套水位測量裝置，其中一套為模擬核電廠穩(wěn)壓器水位測量裝置，利用穩(wěn)壓器壓力修正密度:一套利用壓差修正密度測量水位，在液體區(qū)域設置了已知高度的壓差測量裝置，用于補償穩(wěn)壓器內(nèi)密度:一套就地水位計，該水位計采用連通器原理實時反應穩(wěn)壓器水容積狀態(tài)，并且將該狀態(tài)轉換為模擬信號輸出。

 

2.3試驗測量裝置

    采用iluke2645采集器進行試驗數(shù)據(jù)采集，頻率為I liz。試驗設備和儀表主要參數(shù)見表1.

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2.4試驗工況安排

    試驗主要是為了研究瞬態(tài)條件下水位測量特性的變化，通過調(diào)節(jié)排氣閥的開度模擬排放量，試驗工況參數(shù)如表2所示。

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2.5試驗不確定度分析

    依據(jù)計算公式，各因素靈敏系數(shù)為水位計算函數(shù)的偏導。高度的不確定度采用B類評定方法，考慮裝配誤差與讀數(shù)誤差，按經(jīng)驗給定5 mm的偏差，按照均勻分布計算?？紤]簡化計算，一般間接測量值采用相對不確定度來進行傳遞。水位壓差直接測量，其合成不確定度考慮儀表基本誤差引入的不確定度、配電器引入的不確定度以及采集器引入的不確定度，依據(jù)IAPWS-IF97工業(yè)公式未飽和與飽和水密度計算公式計算密度修正引入的不確定度。經(jīng)計算，瞬態(tài)試驗在不考慮測量序列的不確定度外，水位測量的相對不確定度不超過1.48%。

 

4試驗結果與分析

4.1穩(wěn)壓器內(nèi)水位變化趨勢

    試驗體上布置有3套水位計。其中，就地水位計采用的是連通器原理，zui能夠直接反應穩(wěn)壓器內(nèi)水位變化，為精確測量，試驗過程中，在就地水位計內(nèi)布置有溫度測點，用于修正就地水位計與穩(wěn)壓器內(nèi)的密度差，將其作為實測水位。將實測水位、利用壓力計算飽和水密度以及利用液體區(qū)壓差進行密度修正的結果進行比較，結果如圖3所示。

    如圖3所示，3者測量趨勢與理論分析結果一致，其中壓差修正密度方式與就地水位計測量結果zui為接近，測量偏差在2%以內(nèi)。因此，采用壓差進行密度修正有利于提高水位測量的精度。采用飽和密度進行水位計算的結果與就地水位計結果有偏差，其原因在于穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)因壓力陡降，存在局部汽化現(xiàn)象，液相區(qū)密度低于飽和水密度，故僅采用壓力對應飽和密度進行修正存在較大測量偏差。

 

4.2穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度與降壓速率的關系

    從水位計算原理分析，壓力瞬變導致的穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度變化是導致水位測量出現(xiàn)偏差的主要貢獻因素，AP2為穩(wěn)壓器窄量程水位壓差，是穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度與引壓管密度差的表征量，不同壓降幅度與降壓速率對」P2影響如圖4-圖6所示。

    如圖4所示，各種工況情況下」弓變化趨勢一致，即隨著穩(wěn)壓器內(nèi)壓力的降低呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。假設」弓隨穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降升至的zui高值與」P2初始值之間的差為」P2的變化幅值，其幅值與壓力變化幅值并非線性關系，當穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化幅值大于1 MPH時，姚變化幅值出現(xiàn)較大的增長，詳見圖5。

    AP2的變化幅值與穩(wěn)壓器內(nèi)降壓速率趨勢如圖6所示，AP,的變化幅值隨降壓速率增大而增長較快。

    定義」弓隨穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降升至zui高值的時間為過渡時間，各降壓速率下，AP2的變化幅值和過渡時間詳見表3。不同壓降速率條件下，P的過渡時間均小于40s，且與降壓速率單因素無強相關性。

 

5、結論

    核電廠穩(wěn)壓器水位采用壓差測量的方式，利用壓力對應密度曲線修正穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度，針對本穩(wěn)壓器試驗模擬體，與液相區(qū)壓差測量修正密度分析對比發(fā)現(xiàn):

    (1)試驗參數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)壓器內(nèi)壓力下降過程中，穩(wěn)壓器內(nèi)水位因為液相區(qū)的密度變化，常用的飽和密度修正水位計算值與實際水位差值zui大可達200 mm.

    (2)采用壓差修正密度方法在壓力瞬變情況下有較好的跟隨性，能夠更好的反應水位特性，與實際水位差值小于50 mm.

    (3)試驗參數(shù)范圍內(nèi)，表征穩(wěn)壓器內(nèi)液相區(qū)密度變化的」乃的變化幅值與穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化速率正強相關，隨著穩(wěn)壓器內(nèi)壓力變化速率的增大，AP2變化幅值逐漸增大。

    (4)試驗參數(shù)范圍內(nèi)，AP,在壓力減小的過程中，過渡時間小于40、，且過渡時間與壓變速率單因素無強相關性。