核电汽轮机进口蒸汽湿度测量系统的研究

　　1引言

　　蒸汽湿度测量在汽轮机安全经济运行过程中有重大意义。在核电发电厂中，核电汽轮机进口一般是饱和蒸汽或过热度很小的过热蒸汽，湿度的存在是造成叶片水蚀的主要原因，叶片水蚀对汽轮机的安全运行构成了威胁，同时也降低了通流部分的效率。本文研究的是基于双区加热法核电汽轮机进口蒸汽湿度的在线测量系统。

　　2双区加热法

　　双区加热法检测模型的提出是为了克服定容加热法和GERL 加热法湿度探针测量湿度的不足，双区加热法测量湿度的原理如图1 所示。

　　饱和蒸汽流过一等直径圆管。圆管分为两段：L₀段为蒸发段，L₁段为过热段。两管段间采用绝热材料制成的连接件连接，以尽可能减小两管间的热交换，从而可以认为两管段的加热是彼此独立的。在蒸发段内湿蒸汽被电加热器加热成为过热蒸汽，由蒸发段出来的过热蒸汽在过热段内被继续加热到较大的过热度。依据热平衡，通过测量蒸发段进口的饱和压力P0(或饱和温度t0)、蒸发段出口的温度t1(即过热段进口的温度)、蒸发段出口的压力P₁(即过热段进口的压力)和过热段出口的温度t₂、压力P₂，以及两个加热段传给蒸汽的加热量Q₀、Q₁，即可计算和查表得出蒸发段入口处湿蒸汽的湿度Y₀。

　　3在线监测系统设计

　　3.1 测量器件的选型

　　由上节可知，要测出汽轮机湿度值只需测量出加热段的加热量，温度和压力三个参数值。温度测量采用铂电阻温度传感器PT100。金属铂具有电阻温度系数大、感应灵敏、电阻率高、元件尺寸小、电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系;在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高。考虑到测量对象对进口蒸汽，而进口蒸汽一般处在高温高压状态。压力参数的测量采用JCJ801G1 蓝宝石高温压力变送器。该产品具有测量范围宽、测量精度高、性能稳定、抗冲击和耐磨损和耐腐蚀的特点。K-804B 热电阻调理板，板上有8 路热电阻信号调理放大电路，每路信号独立放大10 倍，可以输出标准的0～5V 电压信号，，非常适用于工业现场热电阻测温系统的信号处理。

　　单相全隔离一体化交流调压模块，为加热碳纤维加热丝提供可调电压。该调压模块内置移相触发电路、单向或双向可控硅、RC 阻容吸收回路及电源电路于一体，自动或手动调节以改变负载上的电压，从而调节输出功率。

　　3.2 探针的设计及传感器的布局

　　双区加热湿度测量探针是汽轮机排汽湿度在线监测装置的核心，为了保证测量的安全性和密封性，便于控制加热量，加热采用碳纤维加热丝加热，紧密缠绕在加热管外壁，加热管外覆绝热层，以进一步减小由散热量引起的误差，如图2 所示。在加热层表面均匀布设 8 片铂电阻温度传感器，以及在蒸发段的入口和过热段的入口和出口分别布设2 片铂电阻温度传感器和1 片隔离膜压力传感器。所有传感器及加热丝的引线与电缆相连。