本發(fā)明涉及核電站監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)：

在核電站中，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)主管道內(nèi)冷卻劑用于帶走反應(yīng)堆內(nèi)熱量，并傳遞到二次側(cè)蒸汽發(fā)生器，主管道冷、熱段冷卻劑的溫度測量對(duì)于核電機(jī)組的正常運(yùn)行以及監(jiān)測有著非常重要的作用。

現(xiàn)有技術(shù)中，核電站主管道冷卻劑溫度測量采用鉑熱電阻溫度計(jì)，將溫度計(jì)插入冷卻劑中，實(shí)時(shí)監(jiān)測冷卻劑的溫度。熱電阻即電阻式溫度計(jì)，是利用金屬導(dǎo)體或金屬氧化物等半導(dǎo)體作為測溫介質(zhì)，利用其隨溫度變化而變化的電阻值作為測溫量，用于對(duì)溫度進(jìn)行測量的儀表。熱電阻是中低溫區(qū)最常見的一種溫度傳感器，它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定，其中又以鉑熱電阻的測量精度最高，在核電廠的溫度測量中得到了廣泛的應(yīng)用。在核電站主管道冷段和熱段分別布置有對(duì)應(yīng)的鉑電阻溫度計(jì)，用于監(jiān)測電站運(yùn)行過程中冷卻劑的冷、熱段溫度。在現(xiàn)有核電機(jī)組中，主管道冷卻劑測溫所采用的旁路測溫方案如圖1所示，現(xiàn)有RCP一回路主管道冷卻劑溫度計(jì)配置方案見表1。

表1：RCP一回路溫度計(jì)布置

其中，RCP028/043/055MT為熱段溫度計(jì)，RCP029/044/056MT為冷段溫度計(jì)，上述溫度計(jì)均為寬量程溫度計(jì)，所在管道即為RCP主管道，溫度計(jì)置于伸入冷卻劑的套管內(nèi)，套管是壓力邊界的一部分。這部分溫度計(jì)僅用于監(jiān)測啟堆和停堆瞬態(tài)期間或反應(yīng)堆冷卻劑泵跳閘時(shí)溫度的變化，不參與保護(hù)與控制。其中RCP030MT和RCP033MT溫度計(jì)分別為熱段和冷段的窄量程溫度計(jì)，因?yàn)檫@部分精密儀表不能直接插入反應(yīng)堆冷卻劑主管道的高速流程中，所以設(shè)置了旁路測溫管線。這種測量方法因?yàn)椴捎门月饭芫€，所以采樣到的冷卻劑的溫度變化有一定的時(shí)間延遲，且旁路管線及相應(yīng)設(shè)備的增加，采用旁路管線測溫會(huì)加大運(yùn)行/維護(hù)的成本，且成為潛在的泄漏源。所以為了解決這種缺陷，現(xiàn)有技術(shù)有提議通過設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的接口直接將原來設(shè)置在旁路管線上的溫度計(jì)同樣安裝在主管道上，但是由于熱管道內(nèi)的流體存在熱分層，溫度測量器僅能測量當(dāng)前位置點(diǎn)的溫度，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，對(duì)于這部分溫度計(jì)，特別是熱管道上的窄量程溫度計(jì)，其安裝位置會(huì)影響到最后的測量準(zhǔn)確度，但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒有合適的方法來確定這些溫度計(jì)的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)以及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種核電站反應(yīng)堆主管 道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)，所述主管道包括：

冷管道，用于將蒸汽發(fā)生器內(nèi)的冷卻劑導(dǎo)向反應(yīng)堆壓力容器；

熱管道,用于將反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻劑導(dǎo)向蒸汽發(fā)生器；

所述系統(tǒng)包括設(shè)置在熱管道上的寬量程溫度計(jì)和窄量程溫度計(jì)，以及設(shè)置在冷管道上的寬量程溫度計(jì)和窄量程溫度計(jì)；其中，熱管道上的窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離是基于流體力學(xué)仿真建模分析確定；

其中，主管道管壁上固定連接有用于安裝溫度計(jì)的取樣接口，且主管道上連接取樣接口的區(qū)域開設(shè)有貫穿管壁的定位孔，每個(gè)溫度計(jì)均通過保護(hù)套管插入對(duì)應(yīng)的取樣接口中匹配連接后伸入定位孔內(nèi)。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)中，所述熱管道設(shè)置有垂直于管道軸向布置的一個(gè)寬量程溫度計(jì)和多個(gè)窄量程溫度計(jì)，多個(gè)窄量程溫度計(jì)位于同一管道截面且沿著管道圓周方向均勻布設(shè)；

其中，所述的基于流體力學(xué)仿真建模分析確定包括：利用商用計(jì)算流體力學(xué)軟件仿真得到熱管道內(nèi)的流場及溫度場，選取流場穩(wěn)定的區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)選取N個(gè)方位上的溫度波動(dòng)最小的截面作為安裝溫度計(jì)的截面，N為整數(shù)，表示熱管道上的窄量程溫度計(jì)的數(shù)量。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)中，所述熱管道上的窄量程溫度計(jì)的數(shù)量為四個(gè)，且安裝角度為30°或者45°，所述安裝角度為：反應(yīng)堆壓力容器中心往熱管道出口方向上的右上角第一個(gè)溫度計(jì)與管道水平截面之間的夾角。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)中，所述冷管道上設(shè)置有一個(gè)主泵，冷管道上的溫度計(jì)全部設(shè)置在主泵下游，所述冷管道設(shè)置 有垂直于管道軸向布置的一個(gè)寬量程溫度計(jì)和兩個(gè)窄量程溫度計(jì)，兩個(gè)窄量程溫度計(jì)位于同一管道截面，且兩個(gè)窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離為通過主泵進(jìn)出口流場分布圖確定。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)中，熱管道和冷管道上的寬量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離均通過參考數(shù)據(jù)確定。

本發(fā)明還公開了一種核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法，基于所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：

S0、基于流體力學(xué)仿真建模分析確定熱管道上的窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離；

S1、在熱管道和冷管道管壁上開設(shè)貫穿管壁的定位孔，在定位孔的位置固定連接用于安裝溫度計(jì)的取樣接口；

S2、在熱管道上設(shè)置寬量程溫度計(jì)和窄量程溫度計(jì)，在冷管道上設(shè)置寬量程溫度計(jì)和窄量程溫度計(jì)，每個(gè)溫度計(jì)均通過保護(hù)套管插入對(duì)應(yīng)的取樣接口中匹配連接后伸入定位孔內(nèi)。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法中，所述熱管道設(shè)置有垂直于管道軸向布置的一個(gè)寬量程溫度計(jì)和多個(gè)窄量程溫度計(jì)，多個(gè)窄量程溫度計(jì)位于同一管道截面且沿著管道圓周方向均勻布設(shè)；

其中，所述的基于流體力學(xué)仿真建模分析確定包括：利用商用計(jì)算流體力學(xué)軟件仿真得到熱管道內(nèi)的流場及溫度場，選取流場穩(wěn)定的區(qū)域，并在該區(qū)域內(nèi)選取N個(gè)方位上的溫度波動(dòng)最小的截面作為安裝溫度計(jì)的截面，N為整數(shù)，表示熱管道上的窄量程溫度計(jì)的數(shù)量。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法中，所述熱管道 上的窄量程溫度計(jì)的數(shù)量為四個(gè)，且安裝角度為30°或者45°，所述安裝角度為：反應(yīng)堆壓力容器中心往熱管道出口方向上的右上角第一個(gè)溫度計(jì)與管道水平截面之間的夾角。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法中，所述冷管道上設(shè)置有一個(gè)主泵，冷管道上的溫度計(jì)全部設(shè)置在主泵下游，所述冷管道設(shè)置有垂直于管道軸向布置的一個(gè)寬量程溫度計(jì)和兩個(gè)窄量程溫度計(jì)，兩個(gè)窄量程溫度計(jì)位于同一管道截面，

所述步驟S0還包括：通過主泵進(jìn)出口流場分布圖確定冷管道上的窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離。

在本發(fā)明所述的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法中，所述步驟S0還包括：通過參考數(shù)據(jù)確定熱管道和冷管道上的寬量程溫度計(jì)所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器的軸向距離。

實(shí)施本發(fā)明的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)中旁路測溫的溫度計(jì)轉(zhuǎn)移到主管道上，減掉了測溫旁路，基于取樣接口和保護(hù)套管將現(xiàn)有技術(shù)中旁路測溫的溫度計(jì)全部都直接布置在主管道上進(jìn)行測溫，能夠提高測量的準(zhǔn)確度以及測量響應(yīng)時(shí)間，節(jié)省了管件材料，減少潛在泄露源，且在將溫度計(jì)轉(zhuǎn)移到主管道后，熱管道上的窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離壓力容器的軸向距離基于流體力學(xué)仿真建模分析確定，將該溫度計(jì)設(shè)置在流場和溫度場最優(yōu)的區(qū)域。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；

圖2是本發(fā)明核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是熱管道和冷管道中的兩種類型的溫度計(jì)的布置示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

參考圖2，是本發(fā)明核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)用于測量主管道內(nèi)的冷卻劑溫度，所述主管道包括：

熱管道100，連接蒸汽發(fā)生器500和反應(yīng)堆壓力容器400，用于將反應(yīng)堆壓力容器400內(nèi)的冷卻劑導(dǎo)向蒸汽發(fā)生器500；

冷管道200，連接蒸汽發(fā)生器500和反應(yīng)堆壓力容器400，用于將蒸汽發(fā)生器500內(nèi)的冷卻劑導(dǎo)向反應(yīng)堆壓力容器400。

本發(fā)明的溫度測量系統(tǒng)包括：

窄量程溫度計(jì)110，設(shè)置在熱管道100上，其測量信號(hào)保護(hù)與控制；

寬量程溫度計(jì)120，設(shè)置在熱管道100上，其測量信號(hào)僅用于監(jiān)測啟堆和停堆瞬態(tài)期間或反應(yīng)堆冷卻劑泵跳閘時(shí)溫度的變化，不參與保護(hù)與控制；

窄量程溫度計(jì)210，設(shè)置在冷管道200上，其測量信號(hào)保護(hù)與控制；

寬量程溫度計(jì)220，設(shè)置在冷管道200上，其測量信號(hào)僅用于監(jiān)測啟堆和停堆瞬態(tài)期間或反應(yīng)堆冷卻劑泵跳閘時(shí)溫度的變化，不參與保護(hù)與控制。

為了省略旁路安裝，其中，熱管道100、冷管道200的管壁上固定連接有 用于安裝溫度計(jì)的取樣接口，且熱管道100、冷管道200上連接取樣接口的區(qū)域開設(shè)有貫穿管壁的定位孔，每個(gè)溫度計(jì)均通過保護(hù)套管插入對(duì)應(yīng)的取樣接口中匹配連接后伸入定位孔內(nèi)。其中，保護(hù)套管可以為本領(lǐng)域公知的T3保護(hù)套管。

本發(fā)明主要包括兩種類型的取樣接口，一種是專門用于安裝熱管道100的窄量程溫度計(jì)110的取樣接口，另一種是用于其他的溫度計(jì)的取樣接口：冷管道200上的窄量程溫度計(jì)210、所有的用于安裝寬量程溫度計(jì)120、220。接口的設(shè)計(jì)為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

其中，熱管道100上的窄量程溫度計(jì)110所在的管道截面距離壓力容器400的軸向距離是基于流體力學(xué)仿真建模分析確定，因此可以將該溫度計(jì)設(shè)置在流場和溫度場最優(yōu)的區(qū)域，測量準(zhǔn)確度更高。

本發(fā)明主要是利用商用計(jì)算流體力學(xué)軟件STAR-CCM+，將整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)繪制完畢后，其可對(duì)熱管道內(nèi)的流場及溫度場進(jìn)行模擬計(jì)算，此部分仿真建模屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述，本發(fā)明僅用根據(jù)仿真結(jié)果，從流場及溫度場兩個(gè)方面確定溫度計(jì)的位置即可。

首先，根據(jù)仿真結(jié)果選取流場較為穩(wěn)定的區(qū)域，溫度計(jì)的位置可以在這段區(qū)域內(nèi)考慮；

其次，根據(jù)仿真的各個(gè)截面的溫度場分布情況，選取同一截面中的不同方位上的溫度波動(dòng)最小的截面作為安裝窄量程溫度計(jì)的截面。

例如，若安裝N個(gè)溫度計(jì)，則首先計(jì)算每個(gè)截面的N個(gè)方位的平均溫度，然后比較N個(gè)方位的溫度與平均溫度的溫度差，選取溫度差較小的截面作為安裝截面。

上面提到對(duì)窄量程溫度計(jì)110的安裝位置的優(yōu)化，實(shí)際上將旁路上的溫度 計(jì)110、120、210、220轉(zhuǎn)移到主管道上后，本發(fā)明對(duì)溫度計(jì)110、120、210、220的數(shù)量和位置都進(jìn)行優(yōu)化。

由于寬量程溫度計(jì)只是用于顯示溫度，對(duì)其精度要求不高，所以從節(jié)約成本的角度考慮，優(yōu)選的所述熱管道100和冷管道200均設(shè)置一個(gè)寬量程溫度計(jì)即可。對(duì)于熱管道100和冷管道200上的寬量程溫度計(jì)的位置，一般并沒有特別的要求，只要放置在熱管道100或冷管道200的流量比較平穩(wěn)的區(qū)域內(nèi)即可，也可以通過參考數(shù)據(jù)確定，例如其他項(xiàng)目的參考數(shù)據(jù)，對(duì)此并不做限制。

而窄量程溫度計(jì)的測量信號(hào)要用于保護(hù)和控制，所以精度要求比寬量程溫度計(jì)高，一般可以多設(shè)置幾個(gè)窄量程溫度計(jì)以保證溫度的可靠性。

考慮到熱管道100存在熱分層效應(yīng)，同一個(gè)截面的不同地方可能會(huì)有溫度差異，因此對(duì)于熱管道100，設(shè)置有垂直于管道軸向布置的多個(gè)窄量程溫度計(jì)110，多個(gè)窄量程溫度計(jì)110位于同一管道截面且沿著管道圓周方向均勻布設(shè)，即在同一個(gè)截面的不同角度布置，參考圖3。

熱管道100的窄量程溫度計(jì)110的位置，即多個(gè)窄量程溫度計(jì)110所在的管道截面距離反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離，是基于流體力學(xué)仿真建模分析確定，此部分內(nèi)容上面已經(jīng)闡述了。

在確定了截面之后，從成本和與平均溫度之間的溫度差兩個(gè)因素考慮，本發(fā)明中熱管道100的窄量程溫度計(jì)的數(shù)量優(yōu)選為四個(gè)，參考圖3所示。也就是說任意兩個(gè)溫度計(jì)110之間的角度為90°。

另外還需要確定一個(gè)絕對(duì)角度，即本領(lǐng)域所用到的安裝角度，安裝角度定義為：從反應(yīng)堆壓力容器400中心往熱管道出口方向看，右上角第一個(gè)溫度計(jì)110與管道水平截面之間的夾角。

在安裝角度上，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定幾種安裝方案。例如：安裝角度的3 種推薦方案如下：安裝角度α＝30°、安裝角度α＝45°、安裝角度α＝60°。然后對(duì)比各種方案的測量溫度與截面平均溫度的差異，選取溫差最小的即可。優(yōu)選的，安裝角度為30°或者45°。

由于熱管道100中，隨著與反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離的增大，各截面最高溫度降低，最低溫度升高，截面溫差減小，各截面的平均溫度基本不變，所以窄量程溫度計(jì)110一般距離反應(yīng)堆壓力容器400較遠(yuǎn)，寬量程溫度計(jì)120優(yōu)選的設(shè)置在窄量程溫度計(jì)110的上游的流場較為穩(wěn)定的區(qū)域。如圖2中，截面D1表示窄量程溫度計(jì)110所在管道截面，截面D2表示寬量程溫度計(jì)120所在管道截面。

因?yàn)槔涔艿?00上設(shè)置有一個(gè)主泵600，冷管道200上的溫度計(jì)全部設(shè)置在主泵600下游，由于主泵600的攪渾作用，不存在類似熱管道100的分層效應(yīng)，所以從精度要求以及節(jié)省成本兩個(gè)因素綜合考慮，優(yōu)選的，冷管道200設(shè)置有垂直于管道軸向布置的兩個(gè)窄量程溫度計(jì)210。同樣的，兩個(gè)窄量程溫度計(jì)210位于同一管道截面，分布角度上并不做限制，可以是相差90°或者180°等等，參考圖3所示，本實(shí)施例中兩個(gè)窄量程溫度計(jì)210大約相差90°。且兩個(gè)窄量程溫度計(jì)210所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離為通過主泵600進(jìn)出口流場分布圖確定，可以根據(jù)主泵600進(jìn)出口流場分布圖選取流場穩(wěn)定的區(qū)域中的任一管道截面作為安裝窄量程溫度計(jì)210所在的管道截面。

其中，寬量程溫度計(jì)220位于窄量程溫度計(jì)210的下游。參考圖2中，截面D4表示窄量程溫度計(jì)210所在管道截面，截面D3表示寬量程溫度計(jì)220所在管道截面。

從上可知，本實(shí)施例中優(yōu)選的溫度計(jì)的布置如表2：

表2本發(fā)明中各類溫度計(jì)的布置

相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量方法。方法包括：

S0、基于流體力學(xué)仿真建模分析確定熱管道100上的窄量程溫度計(jì)110所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離；通過主泵600進(jìn)出口流場分布圖確定冷管道200的窄量程溫度計(jì)210所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離；通過參考數(shù)據(jù)確定熱管道100和冷管道200上的寬量程溫度計(jì)120、220所在的管道截面距離所述反應(yīng)堆壓力容器400的軸向距離；

S1、在熱管道100、冷管道200的管壁上開設(shè)貫穿管壁的定位孔300，在定位孔300的位置固定連接用于安裝溫度計(jì)的取樣接口；其中取樣接口的固定連接是通過焊接實(shí)現(xiàn)；

S2、在熱管道100上設(shè)置寬量程溫度計(jì)120和窄量程溫度計(jì)110，在冷管道200上設(shè)置寬量程溫度計(jì)220和窄量程溫度計(jì)210，每個(gè)溫度計(jì)均通過保護(hù)套管插入對(duì)應(yīng)的取樣接口中匹配連接后伸入定位孔300內(nèi)。

綜上所述，實(shí)施本發(fā)明的核電站反應(yīng)堆主管道冷卻劑溫度測量系統(tǒng)以及方法，具有以下有益效果：本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)中旁路測溫的溫度計(jì)轉(zhuǎn)移到主管道 上，減掉了測溫旁路，基于取樣接口和保護(hù)套管將現(xiàn)有技術(shù)中旁路測溫的溫度計(jì)全部都直接布置在主管道上進(jìn)行測溫，能夠提高測量的準(zhǔn)確度以及測量響應(yīng)時(shí)間，節(jié)省了管件材料，減少潛在泄露源，且在將溫度計(jì)轉(zhuǎn)移到主管道后，熱管道上的窄量程溫度計(jì)所在的管道截面距離壓力容器的軸向距離基于流體力學(xué)仿真建模分析確定，將該溫度計(jì)設(shè)置在流場和溫度場最優(yōu)的區(qū)域。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。