核工业工程研究设计有限公司 北京 101300
摘要：随着时代的发展，为了满足现代核电技术的要求，当前的核电厂应采用主管道直接测温技术来替代工艺回路复杂，需在主管道上连接众多管数、维修难度大且不满足当前核电技术发展要求的传统旁路测温方式。但因为主管道直接测温技术在我国核电厂应用时间较短，对其研究尚未深入，因此，在应用时必须了解热分层产生的原因及作用机理，并基于该机理确定核电厂主管道测温的截面与测点位置，同时采用有效的技术减少温度瞬态波动所带来的影响。文章就分析了进行核电厂主管道直接测温技术变革的必要性，然后探讨核电厂主管道直接测温技术及其运用，以供相关企业参考。
关键词：核电厂；主管道；直接测温技术；运用策略
一、背景技术分析
在核电厂中，反应堆主管道内的冷却剂是用来带走反应堆中的热量的重要媒介，这种媒介同时还能将热量传递到二次侧蒸汽发生器当中。可以说，主管道中的冷却剂温度不但能控制核反应堆一回路的温度，同时还对核电机组整体正常的运行和监测都具有十分重要的作用。所以，反应堆冷却剂的温度对于核电厂而言，是一种十分重要且十分关键的安全参数。在对其进行测量时，对数据的准确性要求极高。
二、进行核电厂主管道直接测温技术变革的必要性分析
随着时代的发展，目前国际对核电厂建设的要求越来越高。在实际的核电厂主管道测温工作中，大多数核电站都普遍采用了传统的测量工作，即旁路测量的方式。这种测量方式实在核电厂的主管道上设置三个测温旁路接管嘴，在核反应堆正常运行期间，从该反应堆压力容器流出的一回路冷却剂部分，通过测温旁路接管嘴流入到旁路接管线中，经过搅浑后，将冷却剂流经设于测温旁路管线上的测温快响应温度计，以此测量主管道冷却剂的温度，并以此实现对反应堆一回路温度的控制。但这种旁路测量温度的方法需要配置很多的阀门、近百米长的管道以及相应数量的流量孔板、限流孔板和流量计，测量的方式工艺回路十分复杂，而且需要在主管道上连接数量众多且维修难度较大的管路，增加了主管道辅助管路，占用了大量的布置空间，此外，这种测量方式因为主管路接管众多，容易因为设备故障导致非计划停堆事故的发生，而且还不利于事故工况下一回路压力边界的保持。不但加大了核电厂运行和维护的成本，同时还成为潜在的核泄漏源；同时，因为测量的一回路冷却剂是从主管道引流出来的，并且经过了搅混，所以测量的温度与主管道冷却剂的真是温度具有一定的偏差，无法提供精准的数据支持。为了满足现代核电厂建设的要求，我们必须改进传统的冷却剂旁路测温方式，采用主管道直接测温技术。所谓的主管道直接测温技术，就是指通过在主管道上设置温度测量装置，直接测量主管道内冷却剂温度的技术。
三、核电厂主管道直接测温技术设计
在核电厂的日常工作中，因为核反应堆堆芯各燃料组建的富集程度不一致，因此，从不同燃料通道流出来的冷却剂，其温度各不相同。此外，在燃料组件的上方，还存在着控制棒导向管等其他阻碍物，这些阻碍物都对冷却剂起着阻碍的作用。冷却剂必须寻找到阻力最小的通道才能进入到主管道的热段。而且，在其进入主管道热锻的过程中，这些不同温度的冷却剂会出现一定程度的混合，且在主管道里运行的过程中，因为不存在障碍物，会导致这种混合行为继续发生，这样就会逐渐减少热段冷却剂温度的不均匀性。但因为刚进入主管道的冷却剂温差较大，在短时间和短距离内无法实现完美的混合，因此，这时候主管道内的冷却剂温度存在着热分层的现象，离反应堆堆芯出口越近，这种热分层现象就越明显，分层之间的差距越大；反之，离反应堆堆芯越远，冷却剂就会充分混合，而热分层现象也会逐渐降低，最终会逐渐消失。
而在现实生活中，根据现代核电技术的要求，对反应堆主管道冷却剂温度进行测量，其测量精度的要求极高，而要想满足相关要求，在进行主管道温度测量时，就必须充分考虑热分层影响的消除工作。
针对核电厂主管道内冷却剂温度存在热分层的问题，根据工程经验，在进行主管道测温时，热段温度计的布置截面与堆芯出口的距离最少要保持3m。而且，为了消除热分层的影响，必须环绕一个截面设置多处测量点，然后取其平均值，以便于测量到冷却剂的平均温度。但为了测量者的安全，测点的数量不能过多，因此，我们必须用有限的样本平均代替总体样本的平均。在实际操作中，我们可以在截面上对温度计的插入角度上进行一定的变化。此外，当主管道上存在着较大的支管时，一旦流入温度特性不同的冷却剂，会导致部分位置的冷却剂温度发生一定的波动，从而引发控制棒的自动调整，从而影响到温度测量的准确性。因此，在选择测量位置时，还必须选取位于波动管的上游位置。
根据大多数核电厂主管道的设计模式，我们根据测量勺技术设计了一款勺式带孔温度计管座。在实际操作中，将其垂直安装于核电厂的主管道热段上。套管朝着远离主管道的一端进行封闭设计，而朝向主管道的进水方向设置不同角度的5个取水口，并以中间一个孔为轴呈对称分布状，这样就可以对温度不同的流体进行一定的搅混，以便于减少热分层对测量的影响，同时还能有效预防局部温度的瞬态波动对测温的准确性造成影响。此外，这样的设计还能降低流入的冷却的流速，减号冷却剂对温度计的冲击，从而延长温度计的使用寿命。
完成这一步骤后，我们就可以收集温度数据，并对温度信号进行处理了。在具体操作中，首先对热端内的温度计测量到的信号数据进行采集、校正和偏置、滤波，然后进入到系统选择模块，借助相应的软件工具，将收集到信号中无效的数据选择出来，然后一一剔除，最后取有效数据的平均值来消除热分层对实际温度测量带来的影响，从而获得更加准确的温度数据，为控制反应堆一回路温度的实现提供准确的数据支撑。
本设计通过在某核电厂主管道实验，在安全性和技术性方面均达到了设计的要求，而且符合当前世界对核电技术的要求标准。可以取代传统的旁路测温技术，能够准确测量核电厂重要安全保护参数反应堆冷却剂的温度，同时使用的寿命较长，因此，具有极好的应用前景，可以在核电厂主管道测温环节广泛使用，直接测量主管道的温度。
四、结束语
综上所述，随着时代的发展，当前国际上对核电技术的要求越来越高，传统的核电厂主管道热段窄区域温度测量技术，即旁路测量技术已经无法满足核电厂主管道温度测量的需求。根据当前核电技术的要求，我们应积极采用主管道直接测温技术来测量冷却剂的温度，准确获得核电厂重要且关键安全保护参数，并未安全控制工作提供准确的参考。本设计使用了温勺式带孔温度计管座设计，有效化解了温度瞬态波动对测温带来的影响，同时采用了偏置设计的方式，减少了温度计失效是带来的热分层效应影响，且具有极高的安全性，能有效解决相关核电厂关键参数冷却剂温度测量的问题。
参考文献：
[1]刘臻，杨嗣，王澄瀚.秦山第二核电厂寻找多普勒发热点试验方法的优化[J].核动力工程，2018，45（01）：17-19.
[2]朱加良，何正熙，徐涛，et al.华龙一号核电厂主管道直接测温技术应用研究[J].核动力工程，2018，39（S1）：75-78.
[3]赵雪峰，张鑫旺.基于主动加热测温的分布式光纤传感技术在海底管道冲刷悬空监测中的应用[J].中国海洋平台，2018，v.33；No.188（02）：27-34.
[4]郭泊远，李滨，郭连江.感温光纤测温法在供能管道监测技术的应用研究[J].科技视界，2017（17）：42-43.