Измерение расхода пара за парогенератором (ПГ) представляет собой большую проблему. Настолько, что на большинстве отечественных АЭС прямые измерения расходов свежего пара не производятся. Зачем нужны эти показания? В первую очередь, для алгоритма регулятора уровня в ПГ. Наличие показаний расходов питательной воды и свежего пара позволяют рассчитать величину материального баланса.

Использование величины материального баланса в алгоритме регулятора уровня дает возможность существенно снижать динамическую ошибку (удерживать уровень в переходных процессах), т.е. повышает качество регулирования. А поддержание заданного уровня в ПГ на АЭС – это задача, напрямую связанная с безопасностью и эффективностью работы станции.

Тяньваньская АЭС, блоки 1 и 2 (Китай). По условиям контрактов поставка КИП и оборудования СКУ осуществлялась компанией Siemens. Одно из требований – обеспечить прямое измерение расхода свежего пара за ПГ. Первым предложением поставщика было использовать ультразвуковые расходомеры. Но от этой идеи отказались, т.к. для реализации потребовалось бы отправлять в Германию участки паропроводов (которые уже были смонтированы на площадке) для монтажа датчиков на заводе, да и цена была заоблачной. Альтернативой «ультразвуку» стало предложение использовать трубки Пито, которое и было реализовано на блоках. Начало эксплуатации блока на мощности показало отличные результаты работы таких датчиков: безинерционность, достоверные показания в пределах 10-100% шкалы измерения, зашумленность не более ±1,5% от диапазона. Но, к сожалению, примерно через полгода работы, одна за другой развалились и улетели трубки на трех ПГ. К чести отечественных инженеров, проблема потери датчиков была решена. Теория гласит, что расход среды пропорционален квадратному корню перепада давления на сопротивлении потоку этой среды:

Таким сопротивлением может служить коллектор пара парогенератора, благо ПГ оборудованы штуцерами для измерения давления до и после коллектора. Имея в распоряжении архив показаний датчиков давления и пока еще «живых» датчиков расхода за достаточно продолжительное время, был проведен анализ возможности расчета расхода пара по показаниям датчиков давления. Анализ показал, что значения расхода, рассчитанные по датчикам давления, отличаются от значений, полученных от расходомеров, не более чем на 1% во всех режимах (включая переходные) работы блока. В итоге, для каждого ПГ расход пара рассчитывается на основе перепада давления на коллекторе соответствующего ПГ.

В наши дни китайский опыт перенимается на Ленинградской АЭС. Парогенераторы для этой станции теперь оборудованы тремя наборами штуцеров для подключения уже датчиков перепада давления с целью расчета расхода пара на их основе. Однако методики определения коэффициентов пропорциональности между расходом и корнем перепада давления не существует. Применить коэффициенты китайского блока нельзя, т.к. ПГ разные – как минимум имеют разные геометрические размеры. На первый взгляд, в этой ситуации остается дожидаться пуска блока, а затем набирать статистику показаний для разных режимов работы блока, чтобы определить коэффициенты (возможно индивидуальные для каждого ПГ). И все же, способ не тратить время и ресурсы есть.

Очевидно, что материальный баланс ПГ вода-пар, усредненный во времени равен нулю: сколько воды приходит, столько же пара уходит. Показания расхода питательной воды (как и расход продувки) доступны. Если разделить значение расхода питводы, за вычетом расхода продувки на значение корня перепада давления на коллекторе ПГ, а затем сгладить результат, как раз получится коэффициент, необходимый для расчета мгновенного значения расхода пара. Такой алгоритм представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Алгоритм расчета расхода свежего пара.

Этот подход в настоящий момент реализован в проекте Ленинградской АЭС. Удачное ли это решение покажет время. Положительный результат будет означать, что способ относительно просто и дешево организовать прямое измерение расхода свежего пара существует. И, при желании, его можно будет реализовать даже на действующих блоках.