摘要：核能发电在我国能源结构中的重要作用日益凸显，核电站运行过程中，泵设备功能丰富，种类多样。泵设备配套的减压孔板，结构简单可靠性高，适合核电厂长期连续运行情况下应用。节流压力突降的复杂流动状态，较难精确计算，通常根据标准或经验公式计算并设置余量，会造成设计偏差。本研究根据实例，分析对比相关标准中涉及的主要因素，为后续孔板选型和采购管理提供参考。
关键字：核电泵设备；减压孔板；影响因素
引言
我国能源结构近几年持续优化，核能发电占比稳步提升，核电建设和运行过程中安全问题日益受到关注。核电厂泵设备设计过程中，由于液体减压孔板结构简单、性能稳定，因此使用场合较多，比如轴承润滑油量分配孔板、最小流量系统孔板、暖泵水孔板等均采用不锈钢单孔板或多孔板的形式。
减压孔板目的是控制孔板后压力，以满足特定的使用场景需求。润滑油分配孔板为的是通过控制孔板后的压力合理分配泵各处轴承的润滑油量。最小流量孔板为的是控制孔板后压力，避免造成回流处出现射流引起回路压力不稳定。暖泵孔板控制暖泵水量，使备用泵控制在合适的温度下，避免快速启动过程中工作介质的热态冲击。
减压孔板相比节流阀，结构简单，经久耐用，降压能力比较稳定，特别适合电厂长期运行情况下使用。但是，由于节流降压过程中压力突降等复杂流动状态，属于流体力学中较难精确计算的问题，通常使用国标或经验公式进行计算，往往会造成实际使用和理想计算之间的偏差。本研究基于工程应用实例，分析对比相关标准中涉及的主要因素，为设计工作中孔板选型和采购管理提供参考。
1 核电工程多级孔板使用问题实例
某在役电厂一种离心泵最小流量管线在运行过程中有噪音和振动，经过一个换料周期运行后，检查最小流量管线多级孔板，发现末级孔板有汽蚀现象，造成末级孔板后管壁冲蚀和末级孔板冲蚀。
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图1 现场孔板使用实例
2 问题处理过程
多级孔板设计结构详见图2所示。厂家结合问题描述情况，期望现场可以提供孔板工作实际工况的进出口压力和流量，进行重新核算，以便确定孔板的实际工作状态，但现场不具备开展具体测量工作的条件。
协调厂家和设计方讨论分析，确定对多级孔板进行如下改进措施。
a）每级孔板增加入口倒角（C型1mm）、出口倒角（C型0.5mm）；
b）在不改变内径的情况下增加外径，提高壁厚，提升结构强度；
c）增加末级孔板开孔直径，降低汽蚀形成的可能性。
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图2 孔板设计结构示意
3 问题根本原因分析
根据我国电力行业标准DL/T 5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》相关要求，当液体压降不大于2.5MPa时，应选用单级孔板；当液体压降大于2.5MPa时，应选用多级孔板，且使每级孔板的压降小于2.5MPa。标准规定，夹在两法兰之间的节流孔板以及中间堵板、回转堵板的厚度计算可按平封头的厚度计算公式计算。
标准规定多级液体孔板级数的选择可按以下步骤计算：
1)先计算孔板总级数n及每级孔板前后压力P1和P2（P1为孔板前压力、P2为孔板后压力）；
2)按n=(P1-P2)/(2.5×106)计算出n，圆整为整数；
3)再按每级孔板上压降相等，用整数n来平均分配每级前后压力。计算每级孔板孔径，计算方法同单级孔板计算法。
水管道上的节流孔板孔径应按下式计算：
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其中，dk——节流孔板的孔径（mm）；
G——通过孔板的流量（t/h）；
ρ——水的密度（kg/m3）；
ΔP——孔板前后压差（MPa）。
同时，化工行业标准HG/T 20570.15-95《管路限流孔板的设置》，对于减压孔板的设计计算也有一定的参考意义。该标准同样要求液体压降单级孔板应不超过2.5MPa，孔板级数计算同DL/T 5054。但孔板孔径计算公式有所差别。该标准规定的液体单孔板计算公式如下：
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其中，Q——工作状态下体积流量，m3/h；
C——孔板流量系数，由Re值和d0/D查图求取。
d0——孔板孔径，m；
ΔP——通过孔板的压降（MPa）
γ——工作状态下的相对密度，（与4℃水的密度相比）
经过比较计算，相同案例下孔板孔径和级数计算结果接近，但化工标准（HG）中更加关注过流流体的物性影响（如Re、相对密度），可能更适合于化工过程中流体属性差异较大的场合；而电力（DL）标准主要关注水的过流，流体属性差异影响较小。综合两个行业标准，认为减压孔板设计计算主要因素有孔板级数、孔径、孔板厚度，其他诸如多孔板的孔数等均可参考标准进行计算和检查。
本应用案例中，原有多级孔板由国外设计制造，厂家根据经验公式进行了计算确定孔径。计算公式为：
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其中，d为孔径（mm），Q为过流流量（m3/h），为单级压差（m）。经计算，厂家经验公式计算结果为6.2mm，厂家实际选用6.5mm，的确在保证可靠的情况下，有足够的安全余量。我国电力（DL）标准计算约7mm。对比发现国标往往比较保守，给出的安全余量较大。
本案例中，设计方所提供的孔板前后压力均为理论计算结果，实际布置中管路走向、压损、换热器状况都可能有差异，末级孔板实际背压可能低于提供给厂家的设计计算输入数据。
4 结论
核电厂泵设备设计过程中，液体减压孔板应用较多。核电泵设备配套的单级或多级减压孔板，因为流动突变的因素，该类装置的设计计算往往会同实际使用中有所偏差，应用案例中所造成的结果主要由于实际使用条件与设计条件的偏差所致。
减压孔板设计计算主要因素有孔板级数、孔径、孔板厚度，其他诸如多孔板的孔数等均可参考标准进行计算和检查。针对不同国家厂商供货的设备，因为国标具有更大的安全余量，可以使用国标对孔板关键因素（级数、孔径、孔板厚度）进行一定的核算。
孔板进出口参数对设计计算影响极大，孔板设备制造周期一般较短，建议在设计院给出相对精准的结果后，再行设计和制造。
参考文献
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