邵會(huì)福，杜正建，王建國(guó)，凌學(xué)會(huì)

（紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

在電站正常運(yùn)行工況或事故運(yùn)行工況下，核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)所傳輸?shù)臒崃慷夹枰ㄟ^(guò)重要廠用水系統(tǒng)的換熱器傳輸?shù)胶Ｋ校?］，換熱器的熱力性能將直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)安全監(jiān)督要求，各核電廠均需要定期執(zhí)行重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評(píng)價(jià)。

對(duì)于核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)CPR1000機(jī)組普遍采用對(duì)數(shù)平均溫度法?？紤]到測(cè)量誤差將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響，而目前的評(píng)價(jià)方法中并沒有詳細(xì)的誤差分析計(jì)算。通過(guò)對(duì)對(duì)數(shù)平均溫度法進(jìn)行詳細(xì)的誤差分析推導(dǎo)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)給出各試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響分析。

1 換熱器熱力評(píng)價(jià)方法

對(duì)于逆流板式換熱器，忽略熱量損失，根據(jù)能量守恒其熱平衡方程為

式中：W 為熱負(fù)荷；Qm為質(zhì)量流量；CP為定壓比熱；t1、t3為熱流體進(jìn)出口溫度；t2、t4為冷流體進(jìn)出口溫度；K為傳熱系數(shù)；A為換熱面積；Tm為對(duì)數(shù)平均溫差，為

對(duì)數(shù)平均溫度法。根據(jù)換熱器數(shù)設(shè)計(jì)原理及傳熱學(xué)的理論［2］，換熱器的傳熱系數(shù)是與換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、板片參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行工況下冷熱流體的流量及入口溫度相關(guān)的參數(shù)。基于傳熱系數(shù)的影響因素，結(jié)合核電廠對(duì)換熱器換熱能力的多種工況要求，計(jì)算出換熱器傳熱系數(shù)的最低安全限值，進(jìn)而求得傳熱系數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值［3］。試驗(yàn)要求計(jì)算KA大于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)視為換熱器性能滿足要求。

式中：KS為傳熱系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

2 誤差分析公式推導(dǎo)

2.1 誤差分析理論

在計(jì)算各試驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量偏差時(shí)需要測(cè)量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)偏差進(jìn)行合成。根據(jù)ASME PTC19.1第6.2節(jié)對(duì)測(cè)量參數(shù)的系統(tǒng)偏差的描述［4］，測(cè)量參數(shù)的系統(tǒng)偏差bx為所有測(cè)量環(huán)節(jié)偏差bxi平方和的平方根，計(jì)算公式如下

根據(jù)間接測(cè)量參數(shù)的不確定度理論，對(duì)間接測(cè)量參數(shù)誤差計(jì)算通過(guò)誤差合成實(shí)現(xiàn)。對(duì)于n個(gè)獨(dú)立變量 xi，i=1，2，…，n，y=f（x1，x2，…，xn），方和根合成法求標(biāo)準(zhǔn)偏差傳遞公式［5］

2.2 對(duì)數(shù)平均溫度法誤差分析

根據(jù)誤差分析理論，對(duì)數(shù)平均溫度法的誤差計(jì)算推導(dǎo)

綜合以上公式，對(duì)數(shù)平均溫度法總誤差公式：

3 應(yīng)用實(shí)例

圖1為某核電廠的重要廠用水系統(tǒng)換熱器效率試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量示意圖。換熱器的熱流體流量測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)合羅斯蒙特差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，冷流體流量采用外置式超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，換熱器進(jìn)出口溫度采用A級(jí)鉑電阻結(jié)合溫度變送器進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)于超聲波流量計(jì)，流量測(cè)量不確定度

式中：ε1為超聲波流量計(jì)測(cè)量不確定度，1%；ε2為采集板卡精度，0.02%。

對(duì)于孔板測(cè)量流量的不確定度推導(dǎo)過(guò)程如下：

式中：ε3為差壓變送器精度，0.25%；εKD為孔板測(cè)量不確定度，0.684 89%。

圖1 換熱器熱力參數(shù)測(cè)量方法

對(duì)于換熱器冷側(cè)和熱側(cè)流體進(jìn)口溫度，采用A級(jí)鉑電阻結(jié)合溫度變送器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)公式（4）溫度測(cè)量不確定度：

式中：ε5為溫度變送器精度，0.1%；ε4i為溫度傳感器測(cè)量不確定度；對(duì)于A級(jí)鉑電阻，根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程［6］，鉑電阻測(cè)量偏差

在某核電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于海水溫度變化范圍較大，設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍為-2.5～31.5℃，在低溫條件下容易導(dǎo)致熱側(cè)流體溫度過(guò)低甚至結(jié)冰，為了確保熱側(cè)流體始終處于設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)，對(duì)換熱器海水側(cè)流體采用旁流設(shè)計(jì)，同時(shí)為了避免換熱器內(nèi)冷側(cè)流體流速過(guò)低導(dǎo)致泥沙沉積等問(wèn)題，在冬季溫度較低時(shí)采用冷側(cè)單換熱器運(yùn)行方案。換熱器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行流程如圖2～3所示。

圖2和圖3中，MT，YT表示溫度測(cè)量?jī)x表；SEC表示冷流體側(cè)；RRI表示熱流體側(cè)；MD表示流量測(cè)量?jī)x表；RF表示換熱器。

對(duì)于冷側(cè)流體單換熱器運(yùn)行方案，熱側(cè)流體平均流過(guò)兩個(gè)換熱器，熱側(cè)流體流量測(cè)量偏差絕對(duì)值參照全流量減半。

對(duì)于換熱器出口溫度測(cè)量偏差，當(dāng)雙換熱同時(shí)運(yùn)行時(shí)：

對(duì)于冷側(cè)單換熱器運(yùn)行時(shí)，換熱器出口溫度偏差計(jì)算方法參照式（22）。

對(duì)于冷側(cè)流量測(cè)量偏差，當(dāng)沒有冷側(cè)流體旁流時(shí)，計(jì)算方法參照式（16），對(duì)于有有旁流情況，需要考慮旁路流量測(cè)量偏差的影響。

δQ′m2、δQ′m2計(jì)算方法參照式（16）。

根據(jù)以上對(duì)數(shù)平均溫度法誤差計(jì)算理論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)雙換熱器無(wú)旁流、雙換熱器有旁流及單換熱器有旁流3種工況進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。3種運(yùn)行工況原始參數(shù)參見表1，誤差計(jì)算中間過(guò)程數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果參見表2。

表1和表2中，工況Ⅰ：雙換熱器運(yùn)行，無(wú)旁路流量；工況Ⅱ：雙換熱器運(yùn)行，有旁路流量；工況Ⅲ：?jiǎn)螕Q熱器運(yùn)行，有旁路流量。

圖2 熱側(cè)流體流程

圖3 冷側(cè)流體流程

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前CPR1000核電機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評(píng)價(jià)方案，通過(guò)詳細(xì)誤差計(jì)算的公式推導(dǎo)和實(shí)例驗(yàn)證，解決了當(dāng)前試驗(yàn)方案中缺少誤差分析的問(wèn)題；通過(guò)表1和表2中數(shù)據(jù)，3種工況計(jì)算傳熱系數(shù)偏差分別為：4.8%、5.75%和1.26%。

表2 總體誤差計(jì)算

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中熱側(cè)流體始終流過(guò)雙換熱器，計(jì)算中假設(shè)流體平均分配到2個(gè)換熱器，實(shí)際運(yùn)行中2個(gè)換熱器流體分配中定然會(huì)存在一定偏差，冷側(cè)流體雙換熱器運(yùn)行工況同樣存在該問(wèn)題。對(duì)于雙換熱器運(yùn)行工況，2個(gè)換熱器相當(dāng)于一個(gè)整體，流體分配偏差對(duì)誤差計(jì)算結(jié)果基本無(wú)影響。對(duì)于單換熱器運(yùn)行工況，由于熱側(cè)流體依然流過(guò)兩個(gè)換熱器，試驗(yàn)換熱器流量采用總流量減半方案，流體分配均勻性對(duì)試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果和誤差分析結(jié)果均會(huì)產(chǎn)生較大影響，需要重點(diǎn)關(guān)注。因此，當(dāng)單換熱器運(yùn)行工況時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注熱側(cè)和冷側(cè)換熱量偏差，如果兩側(cè)換熱量偏差較大需要關(guān)注流體分配偏差對(duì)整體試驗(yàn)結(jié)果的影響。