流量计在核电站的分类应用以及国产化进程

流量计在核电站的分类应用以及国产化进程

汤晶晶 1 王先卓 2

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摘要：本文主要论述了核电工程项目各类型流量计的优缺点、核电项目中的国产化进程等内容。作为采购人员，只有对这些内容了然在心，才能做到有的放矢，在采购执行中降低成本，规避风险。

关键字：核电工程；流量计；选型；国产化

1.背景

流量计或流量表是一种用来指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用来测量管道或明渠内流体流量的一种仪表。，流量计被广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，对保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展等都起到了重要作用。特别在核电站的日常运营活动中，对液体、气体、蒸汽等介质的流量的测量和调节是否准确直接关系到发电厂能否在最佳参数下运行，具有极大的经济意义。此外，对于日益普遍的压水堆核电站，流量测量也成为保证发电厂安全运行的一个重要环节。

为了适应核电站中各类流体介质以及介质所处环境的不同，各种类型的流量计也相继问世。目前已经被广泛投入使用的各类型流量计已多达60多种，目前在核电厂流量仪表的选型中，主要使用的有差压式流量计（孔板和文丘里）、浮子、容积式、电磁、涡街和五大类型。本文将依序简单介绍各流量计原理以及流量计在中核集团核电站中国产化进程。

2. 各类型流量计介绍

2.1差压式流量计

差压式流量测量系统指的是采用孔板、喷嘴、文丘里管测量满圆管流量的测量系统。

当被测流体流经节流装置时，在节流装置的前后会差生压力差。以孔板为例，在被测流体的流动管道内，装有一孔板，中心开一圆孔，其孔径比管道内径小，当流体流过圆孔时，流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落。此差压的大小和流体流量有确定的数值关系（流量和差压的平方根成正比），当流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。

优缺点：作为应用最多的流量计类型，差压式流量计具有结构牢固，性能可靠，使用寿命长等。但是其测量精度普遍较低，现场安装条件要求高，且由于需要在管道内安装节流装置，压损较大，此外，差压式流量计要求被测流体必须是牛顿流体且要充满管道和节流装置，并连续地流经管道。

2.2浮子流量计

浮子流量计又叫转子流量计，由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着此锥形管上下移动的浮子所组成，其以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，进而改变它们之间的流通环隙面积来进行测量的体积流量仪表。浮子流量计也是利用流体流动节流原理的一种流量测量仪表。当被测流体从下向上流过锥形管和浮子形成的环隙时，浮子上下端由于差压从而形成一个使浮子上升的力，当上升力大于浮子自身重量时，环隙面积就随之增大，从而使环隙处被测流体流速下降，从而导致差压降低，上升力随着减少，直到上升力等于浮子重量时，浮子就会稳定在一个高度。当浮子处于平衡位置，其两端压差也为恒定值，此时浮子在锥形管中的高度和通过的流量有对应的关系。

优缺点：相对于差压式流量计，浮子流量计在流量极低时也可以做到精确测量，并且压力损耗较小。由于浮子流量计主要用来测量单向液体和气体，当被测量液体中含有微粒固体或者当气体中含有液滴时通常不适用，并且使用前都要做流量示值校正，使用较为麻烦。

2.3容积式流量计

容积式流量计，又叫做定排量流量计，简称为PD流量计，是流量仪表中精度最高的一种类型，常用于流体介质的总量测量。由于容积式流量计的计量空间是固定已知的，当被测流体通过流量计时，会在流量计的两端进出口之间产生一个压差，从而会使流量计的转动部件产生旋转，进而将流体从入口排向出口。在给定的流量计的情况下，因为计量空间是固定的，只要测得转子的转动次数，就可以求出被测流体的累计值。

优缺点：计量精度较高，范围度宽，并且可以用于高粘度液体的测量，但是大部分仪表只适用于洁净的单向的流体，而且不适用高、低温等场所，在运行过程中也会产生噪声和振动。

2.4电磁式流量计

电磁式流量计是随着电子技术发展而迅速发展的一种新型流量测量仪表，它主要应用法拉第电磁感应原理，当导电流体通过外加磁场时会产生感应电动势，通过测量感应电动势可以测量导电流体的流量。电磁流量计主要由流量传感器和信号转换器两个部分组成。由于导电流体在磁场中流动切割磁力线，产生感应电动势。根据公式表E =KBLv（B 为磁感应强度；L 为测量电极之间的距离；v 为被测流体在磁场中运动的平均速度；K 为比例常数），进而求得被测流体的流量。

优缺点：由于没有阻力件放在管道中，因此电磁流量计压力损失小，而且适用于含有颗粒，悬浮物的流体的测量，并且测量不会受到流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。但是电磁流量计不能用来测量电导率很低的液体，也不能测量较高温度的液体等。

2.5 涡街流量计

涡街流量计是一种利用卡门涡街原理研究生产，主要用来测量工业管道内气体、液体、蒸汽等介质流量的测量仪表。涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，当被测流体通过涡街流量计时，在三角柱的旋涡发生体的作用下，会产生正比于被测流体流速的两列旋涡，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度。

优缺点：涡街流量计内无可动不见，可靠性强，安装简单，维护方便，且具有良好的介质适应能力。但是涡街流量计的安装管道一般要求都是直管道，而且外来振动会产生测量误差，因此需远离振动源。

3. 流量计国产化进程

流量计作为工业测量中最重要的仪表之一，2013年，全球流量计市场规模就已经达到34.8亿美元。在全球流量计主要生产厂商包括ABB,克罗尼，艾默生，恩德斯豪斯（EH）等，其中艾默生，EH和ABB更是占整个市场将近50%的市场份额。经过数十年的发展，在国内，也有不少流量计厂家投入了大量资金去研发适用于核电站的在线安装流量计，并且已经通过了抗震和辐照试验，形成了具有一定成熟度的产品系列。在目前核电站项目中，流量计中占比较多的几大类型都已经可以由国内供货，无需再由国外采购。

以前期项目为例，前期项目流量计并没有做到完全的国产化，除了由河北公司生产的浮子流量计以及由合肥公司提供的容积式流量计外，电磁式流量计仍然是外包给国外厂家。但在随后项目中，电磁式流量计已可以做到完全国产化。以同项目同一位号下技术要求相同的电磁流量计为基准，对比国外供应商价格，对比结果如下：

由上表可以看出，相同选型情况下，国产供应商单价比国外供应商报价平均要便宜10%，这对于采购成本的降低是有着积极作用的。此外当现场安装、调试期间遇到紧急情况下，相对于国外供应商，国内供应商一般在现场都会有常驻联络人，能很快得到反馈，无需支付高昂的现场服务费用。

但是还是有一些流量计由于性能要求高，目前国内还没有满足要求的成熟产品，由于此流量计中的隔离阀具有核级要求，虽然国内生产厂家可以生产该型号流量计，但是配套用隔离阀国内生产厂家没有生产能力，所以一般都采用由法国公司合作研发产品。之后的后续项目该流量计的采购过程中，国产化行动也对法国公司产生了很大的竞争压力，虽然仍然采用了法国公司产品，但是设备进口价格大幅下降，最终与采买项目的价格持平。

6. 结论

核电站在线流量测量计的国产率已达到了较高水平，作为采购人员更应该了解所采买流量计的国产化进程，并跟踪核电电厂的使用情况，做到心中有数，有的放矢，这样才能在与国内外供应商的合同谈判中占据主动优势，减少失误，从而为业主为公司节省成本，将采购风险降到最低限度。

参考文献

[1] 李玉荣, 李常磊, M310 核电站用在线安装流量计的选型与应用问题研究，科技视界，2007,25（3）：264-265

[2] 田 野，王 岳，郭士欢，刘勇峰，胡宗柳，常见流量计的应用，当代化工，2011,40（12）：1294-1297

[3] 许泽伟，电磁流量计在工程设计中的应用，广州华工，2015,43（9）：172-187

[4] 徐建东，牛春刚，王刚，核电厂在线流量仪表选型设计分析，自动化与仪器仪表，2014,8（178）：68-71