核電廠蒸汽發生器水位測量系統及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于核電廠蒸汽發生器水位測量領域，更具體地說，本發明涉及一種核電 廠蒸汽發生器水位測量系統及測量方法。
【背景技術】
[0002] 在核電廠中，蒸汽發生器(SG)二回路的水由反應堆及其一回路系統所產生的熱量 加熱，產生的蒸汽被輸送到常規島推動汽輪機做功發電，因此，二回路具有足夠的水裝量是 反應堆堆芯被正常冷卻和機組正常發電的保證，也是機組冷停堆階段蒸汽發生器濕保養功 能實現的保證。
[0003] 請參閱圖1，在已知核電站中，蒸汽發生器二回路水裝量由蒸汽發生器水位直接表 征，冷停堆階段的蒸汽發生器水位采用差壓式水位計進行測量。差壓式水位計的工作原理 是把水位高度的變化轉化為差壓變化，根據差壓和水位的對應關系得到蒸汽發生器20內的 實際水位高度。由于在機組冷停堆階段，蒸汽發生器二次側內的流體狀態仍舊是汽、水兩 相，因此在差壓變送器10的參考液位側設置一個冷凝罐14,冷凝罐14和蒸汽發生器20的汽 相空間相連，使參考液位維持不變。差壓變送器10的測量側和蒸汽發生器20的液相連接，該 側壓力隨著水位變化。因此，差壓變送器10的測量差壓A P也就隨著水位的變化而變化，測 量差壓△ P和被測水位之間的關系為：
[0004] AP = prXgXH_[pwXgXh+psXgX (H_h)] 式⑴；
[0005] 在式（1)中：ΔΡ為差壓變送器10的測量差壓(pa);pr為差壓變送器10的參考液位 側水密度，近似為環境溫度下的水密度(kg/m 3);H為差壓變送器10的參考液位高度，等于冷 凝罐14自由液面和蒸汽發生器底部取壓管接口的高度差(m);p w為蒸汽發生器內水的密度 (kg/m3);h為蒸汽發生器內的水位高度(相對于底部取壓管接口，m)，即被測水位;p s為蒸汽 發生器內蒸汽的密度(kg/m3) ;g為重力加速度(9.8m/s2)。
[0006] 對于蒸汽發生器水位測量來說，在水位測量裝置安裝完成后，Η即為常數;反應堆 廠房內環境溫度基本恒定，Pr亦可確定。因此，差壓變送器10的測量差壓Α Ρ就只和蒸汽發 生器內的水位高度h以及蒸汽發生器20內的水、蒸汽的密度pw、ps有關。
[0007] 在已知核電廠蒸汽發生器水位測量中，均是直接給定了差壓變送器10的工作工 況，也就是設定了式（1)中的PW、P S為常數。因此，測量差壓A P和蒸汽發生器內的水位高度h 就是線性關系，通過測量差壓A P就可以得到蒸汽發生器20內的水位。顯然，如果機組處于 非給定狀態，蒸汽發生器20內水和蒸汽的密度會和設定值存在偏差，進而導致水位 測量偏差。事實上，冷停堆階段的蒸汽發生器20處于濕保養狀態或者啟動前的準備狀態時， 溫度變化區間為15°C~120°C，跨度較大，因此水位測量偏差也就會相應增大。例如，當蒸汽 發生器20的工作溫度為120°C、實際水位為16m時，若使用給定狀態為50°C的差壓變送器10 測量水位，根據公式（1)計算出的測量水位為16.75m，與實際水位的偏差達到0.75m，誤差很 大。
[0008] 有鑒于此，確有必要提供一種不受蒸汽發生器內水、汽密度變化影響的核電廠蒸 汽發生器水位測量系統及測量方法。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于:提供一種不受蒸汽發生器內水、汽密度變化影響的核電廠蒸 汽發生器水位測量系統及測量方法，以提高冷停堆階段蒸汽發生器水位測量的精度。
[0010] 為了實現上述發明目的，本發明提供了一種核電廠蒸汽發生器水位測量系統，其 包括差壓變送器、冷凝罐、溫度儀表和數字化水位計算系統;差壓變送器的測量側連接蒸汽 發生器底部的取壓管，參考液位側連接冷凝罐;冷凝罐和蒸汽發生器頂部的汽相空間相連， 使參考液位維持不變;溫度儀表用于測量蒸汽發生器內水的溫度T，數字化水位計算系統與 差壓變送器、溫度儀表分別電連接，用于接收二者的差壓信號和溫度信號，并計算出蒸汽發 生器內的水位高度。
[0011]優選地，所述數字化水位計算系統包括溫度-密度轉化模塊和水位計算模塊;溫 度-密度轉化模塊將溫度儀表的溫度信號轉化為蒸汽發生器內水和蒸汽的密度Pw、Ps;水位 計算模塊根據差壓變送器的差壓信號、溫度-密度轉化模塊轉化得到的蒸汽發生器內水和 蒸汽的密度Pw、Ps，計算出蒸汽發生器內的水位高度。
[0012] 優選地，將溫度儀表的溫度信號轉化為蒸汽發生器內水和蒸汽的密度pw、ps的過程 為：以大氣壓作為蒸汽發生器內的壓力，將蒸汽發生器內水和蒸汽的密度Pw、Ps分別看做溫 度T的單值函數，利用溫度-密度轉化模塊中所設置的函數發生器，分別計算出水和蒸汽的 浩、度Pw、Ps。
[0013] 優選地，所述蒸汽發生器內的水位高度是指蒸汽發生器內的水位相對于底部取壓 管接口的高度h，其計算公式為： ΔΡ--(p ο )χ Η
[0014] /'I 二-----------------------------:、---------------------------------------------------- kps....A,)xir ；
[0015] 在上述公式中:h為蒸汽發生器內的水位相對于底部取壓管接口的高度，單位m; Δ Ρ為差壓變送器的測量差壓，單位Pa;pr為差壓變送器的參考液位側水密度，直接以環境溫 度下的水密度取值，單位kg/m 3; Η為差壓變送器的參考液位高度，等于冷凝罐的自由液面和 蒸汽發生器底部取壓管接口的高度差，單位m; pw為蒸汽發生器內水的密度，單位kg/m3; ps為 蒸汽發生器內蒸汽的密度，單位kg/m3; g為重力加速度，單位9.8m/s2。
[0016] 優選地，所述溫度儀表包括設置在蒸汽發生器筒體外壁的溫度傳感器，以測得的 蒸汽發生器筒體的溫度作為蒸汽發生器內水的溫度T傳送給數字化水位計算系統。
[0017] 優選地，所述溫度儀表插入蒸汽發生器內部或者設置在排污系統管線上，并且以 測得的對應位置溫度作為蒸汽發生器內水的溫度T傳送給數字化水位計算系統。
[0018] 為了實現上述發明目的，本發明還提供了一種核電廠蒸汽發生器水位測量方法， 其包括以下步驟：
[0019] 測量蒸汽發生器內水位與參考液位的差壓ΔΡ，并測出蒸汽發生器內水的溫度T;
[0020] 將蒸汽發生器內水的溫度T轉化為蒸汽發生器內水和蒸汽的密度PW、PS;
[0021] 根據差壓ΔΡ、蒸汽發生器內水和蒸汽的密度pw、ps，計算出蒸汽發生器內的水位相 對于底部取壓管接口的高度h。
[0022] 優選地，將蒸汽發生器內水的溫度T轉化為蒸汽發生器內水和蒸汽的密度PW、PS的 方法為：以大氣壓作為蒸汽發生器內的壓力，將蒸汽發生器內水和蒸汽的密度Pw、Ps分別看 做溫度T的單值函數，分別計算出水和蒸汽的密度P W、PS。
[0023] 優選地，所述蒸汽發生器內的水位相對于底部取壓管接口的高度h的計算公式為： ΑΡ· ~(ρ - ρ )χ2χΗ
[0024] h : -：- (Ps- g ;
[0025] 在上述公式中:h為蒸汽發生器內的水位相對于底部取壓管接口的高度，單位m; Δ P為差壓變送器的測量差壓，單位Pa;pr為差壓變送器的參考液位側水密度，直接以環境溫 度下的水密度取值，單位kg/m 3; Η為差壓變送器的參考液位高度，單位m; pw*蒸汽發生器內 水的密度，單位kg/m3 ;ps為蒸汽發生器內蒸汽的密度，單位kg/m3; g為重力加速度，單位 9.8m/s2。
[0026] 與現有技術相比，本發明核電廠蒸汽發生器水位測量系統及測量方法通過設置溫 度儀表測量蒸汽發生器內水的溫度，并引用溫度信號修正蒸汽發生器內水和蒸汽的密度， 使蒸汽發生器水位測量結果不受介質密度影響的水位測量系統，達到了提高測量精度的目 的。
【附圖說明】
[0027] 下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明核電廠蒸汽發生器水位測量系統、測量 方法及其有益技術效果進行詳細說明。
[0028] 圖1為一種已知核電廠冷停堆階段的蒸汽發生器水位測量裝置的示意圖。
[0029] 圖2為本發明核電廠蒸汽發生器水位測量系統的結構示意圖。
[0030] 圖3為本發明核電廠蒸汽發生器水位測量系統的數字化水位計算系統模塊圖。
[0031 ]圖4為本發明核電廠蒸汽發生器水位測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 為了使本發明的目的、技術方案和有益技術效果更加清晰明白，以下結合附圖和
【具體實施方式】，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施 方式僅僅是為了解釋本發明，并不是為了限定本發明。
[0033] 考慮到已知核電廠冷停堆階段的蒸汽發生器水位測量裝置產生偏差，主要是由蒸 汽發生器在非額定工作溫度下介質密度變化引起的，本發明的發明人開發出一種通過設置 溫度儀表測量蒸汽發生器內水的溫度，并引用溫度信號修正蒸汽發生器內水和蒸汽的密 度，使蒸汽發生器水位測量結果不受介質密度影響的水位測量系統，達到了提高測量精度 的目的。
[0034] 請參閱圖2,本發明核電廠蒸汽發生器水位測量系統包括差壓變送器10、冷凝罐 14、溫度儀表16和數字化水位計算系統18。
[0035]差壓變送器10的測量側連接蒸汽發生器20底部的取壓管22,參考液位側連接冷凝 罐14。冷凝罐14和蒸汽發生器20頂部汽相空間的取壓管24相連，使參考液位維持不變，消除 蒸汽冷凝對參考液位的影響。如此，差壓變送器10的一端是參考液位產生的壓力，另一端是 蒸汽發生器20內水位產生的壓力，由于參考液位恒定不變，差壓變送器10測出的差壓ΔΡ的 變化和蒸汽發生器20內部水位高度有關。
[0036] 溫