硼回收系统冷凝液流量计的改进

王座海 李洋

摘要：本文介绍华龙一号蒸发器冷凝液流量计在调试过程中读数异常问题，针对此问题进行了原因分析，并提出多种解决方案，依据现场施工实际情况选择当前最为理想处理方案，流量计读数异常也得到初步解决。本文通过分析和解决了流量计显示异常问题，旨在为后续机组调试及运行提供经验反馈。

关键词：蒸发器；流量计；显示异常；

1、硼回收系统蒸发器简介

华龙一号硼回收系统有两套蒸发装置，每套蒸发装置由预热器、加热器、蒸发器、旋风分离器、泡罩塔、二次蒸汽冷凝器、冷凝液冷却器、浓缩液冷却器、供料泵和相应的仪表、阀门及管道组成。料液由供料泵通过预热器升温后由加热器继续加热后送至蒸发器蒸发（蒸发器的加热器采用列管式，壳侧是蒸汽）。蒸汽凝结水收集在凝结水平衡槽中，经冷凝水冷却器冷却后送回蒸汽冷水收集罐。反应堆冷却剂经加热器加热，产生的二次蒸汽经过蒸发器进行初步的汽液分离，分离的二次蒸汽从蒸发器顶部排出，进入旋风分离器进行进一步的汽液分离，分离出来的液滴由旋风分离器底部返回到蒸发器。为了进一步分离水蒸汽中的含硼液滴，在旋风分离器下游设置了一台泡罩塔，二次蒸汽与逆流的回流水接触，有效地将气相中夹带的、含硼酸的雾沫洗涤下来。水蒸汽进入冷凝器进行冷凝，蒸溜液经冷却器冷却至50℃以下后，流注入冷凝液监测槽，不凝结气体从冷凝器顶部排至含氧废气处理系统；浓缩液经冷却器冷却至60℃后，自流入浓缩液监测槽。

2、冷凝液流量计异常问题

2.1、冷凝液流量计异常概述

在执行蒸发器首次启动时，发现蒸发器从状态3（全回流）或者状态4（排放浓缩液）转到状态5（生产）时， ZBR403/404MD（蒸发器冷凝液流量计）的读数存在异常，其在IAW的趋势见下图1中红色曲线。从图1曲线中可以发现该流量计显示存在两个问题：1.流量在正常区间内毛刺较多；2.在未改变工况的情况下流量在5分钟左右的时候逐渐降低到0m³/h，并在0m³/h处抖动。

在工艺逻辑上并没有设置冷凝液流量低触发蒸发器返回状态0（停运）或者状态6（热备用），所以该问题不会对蒸发器正常运行产生影响。但是由于蒸发器的作用是为机组制备反应堆级的7000～7700ppm的硼酸溶液，这就要求每一次排放冷凝液时的体积是固定的，实际运行中操纵人员在DCS中输入计算好的体积，然后后台通过ZBR403/404MD的读数再乘以时间后与输入的数值比较，如果达到给定体积则给蒸发器发出自动转向下一个状态的命令。因此ZBR403/404MD如若存在问题，将会产生以下影响：1.每次排放的蒸馏液的体积不准（偏高）；2.蒸发器内部的浓缩液的硼浓度不准（偏高）；3.增加后期硼浓度调节的工作量。

2.2、冷凝液流量计异常原因分析

为了解决这个问题，调试人员尝试多次的仪表充水排气，也尝试将流量计上游的调节阀开度固定以排除调节阀开度变化的干扰，但是都无效。在充水排气过程中发现仪表的正负压侧均存在吸气现象，而正常情况下流量计的正负压侧应该都是有介质喷出才对，这个现象说明了流量计处的压强可能低于大气压。

流量计与冷凝液罐高度示意图

经查阅和计算，排放的冷凝液经过热交换器ZBR003/004RF后降低到约35℃，对应水的饱和蒸气压为5.63Kpa.a，经流体力学计算发现流量计处压强小于5.63Kpa.a，因此可以初步判断流量计处有水的汽化发生，且汽化不是瞬间完成，因为当给仪表充水排气完成后，刚开始表处于稳定，但经若干分钟气化后流量计读数开始出现不稳定现象。所以要消除流量计不稳定现象，只有消除水的汽化现象，保证管路中充满液体，才能提高流量计稳定性。

2.3、冷凝液流量计处理方案

针对流量计异常原因，提出以下三种处理方案：1.增大ZBR005BA底部压强，但ZBR005BA为带有浮顶的罐子其底部压强与自身浮顶重量及罐内冷凝液高度有关，而冷凝液高度与系统正常运行工况相关，无法进行修改，而修改浮顶重量则牵扯到设备再加工，安装，力学计算等一系列问题。2.减小流量计与冷凝液罐之间的高度差，具体来讲就是降低流量计的安装高度者提高冷凝液罐的安装高度（由于冷凝液罐太大，不予考虑），而降低流量计的标高则相对容易。3.增加管道的总的阻力损失，阻力损失主要与管道长度、管道内径和流速有关，根据系统的工艺设计要求，冷凝液排放的流量需达到约3.5t/h，故流速也受管道内径影响。管径缩小，管道阻力增长。因此在管道中增加额外的阻力部件，例如孔板、调节阀等也可以显著增加管路的总的阻力损失。

对比三种方法，增加罐子浮顶重量涉及罐子本体隔膜套承受能力、浮顶隔膜受力计算、再加工难度大等考验，可以不予考虑；改变流量计位置的方法则相对简单，涉及的工作量为切割管道、重新焊接、电缆重新敷设端接等，大概在3天左右可以完成，于工程进度上来讲完全可以接受；缩小管道内径在系统调试阶段一般不予采纳，因为这其中牵扯到管道力学计算、支架变更以及大量的管道切割焊接作业，粗略估计需要半个月以上的时间，但是可以在后续机组设计中进行尝试；而在管路中增加额外的阻力部件也是一个可以考虑的方案，如增加孔板，则需要找到一个流量计处不发生汽化且管道流量满足系统要求的平衡点，这个过程需要反复测试。对比三种方案，改变流量计位置的方法最为简单有效，经计算，当流量计高度低于10.63m时即可保证不发生汽化，在经过实地勘测后，最终选择将流量计迁移至1m处的一段长的水平管道上。迁移后重新启动蒸发器至生产状态，此时流量计可以正常运行，至此流量计突然降到0m³/h的问题得以解决。

3、结束语

由于流量计的安装位置导致的示数异常问题，在华龙一号的调试过程中并不是个例，如：辅助给水电动泵小流量管线流量计、废液处理系统冷凝液排放流量计等均存在位置过高导致示数波动剧烈现象。因此在后续机组调试及运行过程中，应对此类问题保持足够敏感性，早发现早提出早修改，避免再次出现类似情况。

参考文献：

[1]张志政，张鸿雁，刘云霞，流体力学 .西安：西安交通大学出版社，2007

[2] 硼回收系统手册，2018