對德爾塔巴流量計在先進堆芯冷卻機組試驗臺架（ACME)破口分離和測量系統及非能動堆芯冷 卻系統中的微差壓關鍵流量測量技術進行分析，并對應用效果進行了評估。通過改進德爾塔巴流量計的引壓 結構，證明流量計可以工作在常壓微差壓的測量工況下，水流量計零點偏移可維持在0.005 kPa以內。通過 與超聲波流量計的精度對比測試，證明德爾塔巴流量計在破口分離和測量系統中可獲得較好的測量效果。在 非能動堆芯冷卻系統（PXS)中，主要對德爾塔巴流量計在小流量下的測量技術進行了研究，通過與超聲波 流量計的精度對比測試，證明德爾塔巴流量計在其計算書標明的最小可測流量下仍具備一定的測量能力，運 行經驗表明其測量小流量的能力最終受差壓變送器零點偏移現象所決定。

0.引言

CAP1400是國家核電技術公司在引進、消化、 吸收美國AP1000核電站后自主研發的第三代 大型壓水堆核電站，其中使用了大量先進的非能 動堆芯冷卻技術。先進堆芯冷卻機理試驗臺架 (ACME)是用于CAP1400設計驗證的大尺寸試驗設施。

為較好地對CAP1400事故工況進行模擬， ACME流量測量具有嚴奇的測量要求。ACME選 用了德爾塔巴差壓式流量計測量水流量和蒸汽流 量。雖然德爾塔巴流量計在工業領域已經有了不 少的實施經驗，但在ACME試驗臺架上進行使用需要解決試驗工況跨度大、精度要求高、投用條 件嚴苛等方面的多個技術問題。文獻和文獻對于上述流量測量的多個問題進行了研究，但未 對微差壓工況下的流量測量精度進行研究。

本文針對ACME試驗系統中較特殊的破口 分離和測量系統（BAMS)和非能動堆芯冷卻系 統（PXS)關鍵微差壓流量測量技術進行詳細的 分析研究，對流量測量儀表進行了改進設計，最 后對應用情況進行了對比分析。

1.德爾塔巴流量計測量原理

德爾塔巴流量計屬于改進型的均速管流量計 (圖1),具有更小的永久壓損,甚至比阿牛 巴流量計還要小4?5倍。ACME試驗臺架中， 德爾塔巴流量計探桿作為一次元件，使用 EJA110A差壓變送器作為二次元件。差壓值經數 據采集系統讀取后進行溫度補償計算，最終顯示 流量。

2.ACME BAMS系統水流量測量

ACME在小破口事故工況下要對破口模擬系 統和自動降壓系統（ADS)噴出的流量進行精確 測量。由于破口試驗工況發生在9.2 MPa、295°C 左右的熱穩態工況，ACME主回路系統中的介質 直接噴出至常壓常溫環境，因此噴出蒸汽和水的 混合介質。為了實現對兩相流量的精確測量， BAMS將破口兩相介質先通入汽-水分離器中分 離為蒸汽和水，再使用德爾塔巴流量計分別進行 單相介質的測量。BAMS包含了 3個圖2所示的 基本測量系統，分別用于測量破口及兩列4級 ADS噴出的兩相介質。

BAMS不參與ACME主回路及PXS的升溫 升壓，工作在100°C以下、常壓的工況范圍內； 但試驗破口開始后，該系統需要立刻進行精確的 流量測量。

2.1ACME BAMS水流量測量的設計

ACME試驗臺架于高溫高壓下開始試驗，直 至降至常溫常壓下才結束。因此，破口水流量的 測量具有較大的量程比，如破口分離器后水流量 需要的精確測量范圍為3.9~37 t/h,量程比達到 45:1。為了能夠覆蓋如此大的量程比，設計了多 個U型水封支路，通過多臺水流量計并聯測量大 流量，而在小流量下則使用單個支路進行測量。

標準的流量計安裝方式如圖3a所示，通過壓 力變送器排水口將U型水封中的水向下排出，從 而將引壓管中的氣體壓出。然而，由于水封流量 計一直工作在常壓環境，排水壓力低，不能保證 引壓管中的氣體完全排凈，會導致流量計出現一 定的零點漂移，又由于德爾塔巴流量計流量系數 較大，會造成較大的流量偏移數值。以4級ADS 汽-水分離器水流量計為例，流量計測量范圍為 1.63?10.18 t/h,對應的差壓為0.09?3.51 kPa ；僅 0.2 kPa的零點偏移，就可以造成2.43 t/h的流量 偏移。而原流量計即使放置多天，變送器的零點 都會在0.2 kPa以內偏移，其他水封上的流量計情 況甚至更糟，這樣的結果顯然是不可接受的。造 成這種現象的原因主要是因為標準的安裝方式在 排氣時水流的流動方向與氣體自然流動方向相 反，因此，只有通過一定壓力的水介質才能將氣 體從引壓管路中排凈；而水封上的流量計介質壓 力太低，很容易使氣體集中在引壓管路中的拐角 處和正壓探桿內部。這種氣體集聚狀態不穩定， 不易排出，而流量計又工作在測量微差壓的狀態， 因此造成較大的流量零點偏移.

為了解決這一問題，ACME試驗對U型水封 上的流量計進行了改進設計，如圖3b所示。

改進設計中，取消了閥組結構，引壓管路盡量采用內 徑變化較少的部件，避免產生集氣的環節；引壓 管A段自工藝管道引出后水平略微傾斜向上，C 段水平略微傾斜向下。在使用時，首先關閉排氣 閥，旋松變送器排污螺釘，使水流將C段引壓管 中的氣體盡可能的壓出。之后再擰緊變送器排污 螺釘，開啟排氣閥，將A\B\C段未壓出的氣體排 出。這種設計使得排氣時水流方向與氣體自然流 動方向一致；而C段由于沒有變徑環節且略傾斜 向下，未能在排水時排出的氣體會自然地向排氣 閥處集聚，最終在排氣閥開啟時排出。

2.2ACME BAMS水流量測量應用效果

針對改進設計，對水流量零點偏移情況進行 了測試。仍以4級ADS分離器后水流量計為例， 經過各種系統啟動和停止的交替運行和多曰的觀 測，差壓表零點偏移量均在0.005 kPa (0.384 t/h) 以內。各水封流量計長期運行結果顯示，零點偏 移也都可維持在0.005 kPa以內。

將系統運行在穩定流量，流量計與外夾式超 聲波流量計（Flexim F601流量計，精度1%R) 進行對比測試，在3?11 t/h的流量范圍內，流量 計的讀數誤差在±1%以內，具有較高的精度。

3.ACME PXS注入流量測量

ACME PXS系統注入流量具有較大的量程 比，因此其標稱精度通過分段進行顯示。以堆芯 補水箱（CMT)注入流量為例，計算書表明其最 小可測流量為6.8 m3/h,精度為5%R (示值相對

誤差）。

ACME試驗臺架中部分流量計的需求測量范 圍要小于計算書最小測量流量。以CMT注入流 量為例，最小測量流量為0.5 m3/h ;此時的差壓 約為0.034 kPa,測量條件已經非常嚴酷。為了保 證這部分數據的精度，對這些儀表進行了補充測 試。在測試時，由于目標流量很低，系統水泵已 經無法穩定運行，只好通過容器中工質的自重配 合手閥調節達到需要的小流量工況，進行瞬態流 量值的測試和記錄。由于水流較小，容器直徑很 大，在這種情況下瞬態流量變化很小，代入的誤 差可忽略不計。

測試結果表明，德爾塔巴流量計在計算書的 最小測量流量以下仍然具備一定的測量能力，但 精度有所下降（表1)。CMT安注流量計在0.36 m3/h左右的流量下讀數精度約為30%。此時的差 壓僅為0.017 kPa ；如果流量繼續下降，零點偏移 產生的誤差也會迅速加大。其他安注管道上的流 量計在最低流量下的測量精度基本也在10%?30%的范圍內，達到了較好的測量效果。經過長 期的監測，在ACME試驗測量工況中，德爾塔巴 流量計小流量測量能力主要受零點偏移情況制 約，在控制住零點偏移的情況下（長期觀測表明 零點偏移< 0.005 kPa),可以在理論最小測量流 量以下一定范圍內進行使用。

4.結束語

對德爾塔巴流量計在ACME試驗臺架微差 壓流量測量的設計和應用情況進行了分析，補充 了德爾塔巴流量計在微差壓小流量下的應用經驗。

研究表明，當流量計使用在豎直管、常壓、 微差壓測量的工況下時，傳統的安裝方法存在缺 陷，導致流量計引壓管線排氣不凈，造成較大流 量偏移。文中介紹的改進安裝方式，具有良好的 效果，可將零點偏移控制在0.005 kPa以內。

此外，經過實際測試，證明德爾塔巴流量計 的測量范圍相比計算書可以進行一定程度的擴 展，并能達到10%~30%的讀數精度誤差。最終其 小流量測量能力主要受到零點偏移現象的制約。