0 引言

壓力變送器一直是核電站自動(dòng)化控制系統與工藝過(guò)程的重要接口之一，隨著(zhù)自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展，測量方式和儀表質(zhì)量（精度、響應時(shí)間、漂移等）也在不斷改進(jìn)和更新。但對于不同應用環(huán)境和介質(zhì)，特別是用于保護系統和事故后檢測的情況，必須正確、合理地選用壓力 / 差壓變送器，以確保核電廠(chǎng)安全、可靠運行。

 

本文從實(shí)際選型與應用出發(fā)，結合壓水堆核電站的環(huán)境特點(diǎn)，探討壓力變送器的選型。

 

1 壓力變送器的分類(lèi)[1]

1.1 按測量類(lèi)型分類(lèi)

按測量類(lèi)型，變送器可分為壓力變送器、差壓變送器、絕壓變送器。針對壓水堆核電站的應用環(huán)境，多用壓力變送器和差壓變送器。

 

1.2 按測量原理分類(lèi)

按測量原理，變送器可分為電容式、壓敏電阻式、電感位移式、力平衡式。針對壓水堆核電站的應用環(huán)境及測量要求，多用電容式、壓敏電阻式原理。

 

1.3 按是否直接測量介質(zhì)分類(lèi)

按是否直接測量介質(zhì)，變送器可分為就地引壓管連接的基本型變送器、帶遠傳法蘭，毛細管連接的遠傳型變送器。針對壓水堆核電站的應用環(huán)境，這兩種都有所涉及。

 

1.4 按執行功能分類(lèi)

按執行功能，需要確認變送器是否執行安全功能、事故后檢測功能等，可分為安全級、非安全級。

 

2 核電廠(chǎng)壓力變送器的設計原則

壓力變送器的選型前提，shou先需要滿(mǎn)足設計要求，因此在選型應用時(shí)如果能夠了解核電廠(chǎng)在設計時(shí)對于壓力變送器的設計原則，就大大有助于正確選擇合適的壓力變送器。設計主要考慮以下原則 ：

 

2.1 標準、規范要求

滿(mǎn)足核電站壓力變送器相關(guān)的設計、制造、檢驗及質(zhì)量鑒定標準。以壓水堆為例 ：設計標準中主要需滿(mǎn)足HAF003（核電廠(chǎng)質(zhì)量保證安全規定）、ASME NQA-1（核設施應用的質(zhì)量保證要求）、RG 1.180（安全相關(guān)儀表和控制系統中電磁和射頻干擾評估指南）、ASME B16.5（ASME法蘭及緊固件標準）、GB 4208（外殼防護等級）、ISO 9001（質(zhì)量管理體系）對于安全級設備還需要滿(mǎn)足 HAF601 或HAF604 的相關(guān)要求，以及機械和電氣設備抗震保護要求，包裝、運輸、裝卸、接收、貯存和維護要求，表面防護要求，設備用水和清潔要求，傳感器的電磁兼容、環(huán)境鑒定要求等。

 

2.2 工藝系統的測量要求

滿(mǎn)足工藝系統的測量要求，包括工藝介質(zhì)、材質(zhì)、設計 / 工作壓力、輸出信號、輻照劑量、工藝 / 電氣的接口尺寸、電源及負載要求、精度及響應時(shí)間等。

 

2.3 核電廠(chǎng)執行安全功能要求

滿(mǎn)足核電廠(chǎng)要求執行的安全功能，滿(mǎn)足事故后 PAMS（Post Accident Monitoring System， 事 故 檢 測 系 統 ）、ESF（Engineered Safety Features，專(zhuān)設安全設施）、RT（Reactor Trip，反應堆緊急停堆）所需的運行時(shí)間，水淹要求等。

 

2.4 其他要求

考慮便于儀表進(jìn)行安裝維護的要求，提高國產(chǎn)化率的要求，適應后續電站設備改造的要求。

 

3 壓力變送器的選型要求

3.1 變送器基本選型要求[2,3]

1）單位和標度 ：國內一律采用法定的計量單位。即 ：Pa（帕）、kPa（千帕）、MPa（兆帕）。

2）結晶、堵塞、粘稠及腐蝕性介質(zhì)或現場(chǎng)引壓管取壓不便時(shí)，應選用法蘭式變送器。有時(shí)介于變送器無(wú)法承受測點(diǎn)所在區域的要求的輻照累積劑量，也需要在可行的情況下考慮改變變送器的連接形式。與介質(zhì)接觸的材質(zhì)，必須根據介質(zhì)的特性進(jìn)行選擇。

3）當一般模擬變送器難以達到精度要求時(shí)，可以考慮選用智能型變送器。智能型的優(yōu)點(diǎn)在于精度、重復性、可靠性、量程比等方面技術(shù)指標高，且便于調校，功能可靠。

4）測量微小壓力（小于 500Pa）時(shí)，可選用微差壓變送器。常用于測量室內與室外的差壓，例如 MCR 和室外大氣的壓差，熱機修車(chē)間與室外壓差和放射性廢物廠(chǎng)房室內外壓差等。

5）變送器的性能 ：通常需要滿(mǎn)足相關(guān)規范書(shū)和數據表中所規定的精度、死區、電源影響、重復性、線(xiàn)性度、回差、響應時(shí)間和噪聲抑制的要求。

6）輸出信號通常為二線(xiàn)制 4mA ～ 20mA 標準信號，若帶有 HART 功能，則需要證明其已經(jīng)過(guò) HART 認證機構的試驗和批準。

 

3.2 變送器安全分類(lèi)對選型的影響

核電站的安全運行取決于執行安全功能設備的可靠性。對于執行反應堆緊急停堆、應急堆芯冷卻、余熱排出、安全殼隔離、安全殼排熱和防止放射性物質(zhì)外泄等功能的電氣設備，稱(chēng)為安全級設備。特別需要其在地震和事故工況、LOCA（Loss of Coolant Accident）事故，保持其功能與性能。因此，分類(lèi)為安全級的壓力變送器，無(wú)論從性能要求、可靠性還是從壽期內保證在核電站正常運行工況或事故工況下，經(jīng)受#苛刻的環(huán)境條件執行規定的安全功能的要求，都需要比非安全級變送器高出許多，也是在壓力變送器選擇時(shí)需要著(zhù)重考慮的因素。

 

3.3 變送器鑒定要求對選型的影響

為減少環(huán)境對核電站設儀表共模失效的潛在可能，證明儀表有能力完成其安全或非安全設計功能，除了老化、EMC（Electro Magnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱(chēng) EMC）試驗以外，還必須對儀表根據其所在環(huán)境進(jìn)行相應環(huán)境鑒定。

 

1）環(huán)境鑒定分類(lèi) [4]

和緩環(huán)境 ：是指正常運行工況和異常運行工況極限情況下的環(huán)境條件。位于和緩環(huán)境中且不存在顯著(zhù)老化機理的儀表不需要確定其鑒定壽命，反之則必須進(jìn)行老化試驗。通常需要進(jìn)行正常和異常極端工況、振動(dòng)老化、抗震試驗。嚴酷環(huán)境 ：是指核電站發(fā)生假象的 DBA（Design BasisAccident）期間或之后的環(huán)境條件，是安全殼內 LOCA、主蒸汽管道破裂或高能管道破裂以及安全殼外高能管道破裂或失水事故的結果。通常需要進(jìn)行全部的試驗，包括老化、正常和異常極端工況、抗震、BDA 等。

 

輻照嚴酷環(huán)境 ：是指核電站內輻照條件高于某一閾值，其他環(huán)境參數保持在正�；虍惓９�況范圍內的一類(lèi)環(huán)境。當設備所處環(huán)境放射性累計劑量超過(guò) 104rads（102Gy）(γ)【對設備中的 I&C（Instrumentation and Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)I&C 系統）電子和微處理器部件為 103rad（10Gy）(γ)】時(shí)，應評估確定是否需要進(jìn)行輻照老化試驗。通常需要進(jìn)行輻照老化、正常和異常極端工況、振動(dòng)老化、抗震試驗。

 

2）環(huán)境鑒定內容

壓力變送器在 3 類(lèi)環(huán)境下的試驗內容對比詳見(jiàn)表 1 ：和緩、輻照嚴酷、嚴酷環(huán)境下的型式試驗。其他鑒定內容 ：

除了以上所述的環(huán)境鑒定，對于特定條件和運行條件下，需有一些特殊的要求。

a）事故后運行時(shí)間 ：安全級壓力變送器往往有在事故后繼續執行安全功能的要求，包括 PAMS、ESF、RT，通常運行時(shí)間由幾小時(shí)到幾周不等。特殊環(huán)境的非安全級變送器，可能需要執行幾個(gè)月的 PAMS 功能，例如安注箱壓力。

b）水淹 ：考慮到某個(gè)特定標高以下的設備都可能被水淹，可通過(guò)模擬實(shí)驗來(lái)進(jìn)行驗證。

c）嚴重事故 ：可能會(huì )導致非常惡劣的高溫、高壓、高輻照安全殼環(huán)境，包括局部或整體的燃燒，影響設備功能。

 

根據 HAD 102/17 規定，在可能的條件下，預計在嚴重事故中運行的設備應該通過(guò)試驗、實(shí)驗或工程分析，以合理的可信度表明能夠在嚴重事故工況下實(shí)現設計功能 [5]。

 

4 應用舉例

1）對于非核級壓力變送器，在和緩且低輻照環(huán)境多選用 3051，1152/1153/1154 系 列， 有 輻 照 要 求 的 可 選 擇3152 系列，若處于嚴酷環(huán)境則需要選擇 3155 系列。主要因為 3051 系列的變送器對抗震和輻照性能要求較低，不適用于輻射嚴酷或嚴酷環(huán)境中。3152 和 3155 系列有做過(guò)相關(guān)的抗震性能和高劑量輻照試驗，其中 3155 性能更要優(yōu)于

 

3152 系列，可使用在更加嚴苛的環(huán)境下。

例如，測量燃料操作區與室外環(huán)境之間的差壓變送器，屬于非安全級儀表且無(wú)環(huán)境鑒定要求，可以選用 3051S 壓力變送器。根據儀表設計的壓力、溫度、測量范圍、精度、響應時(shí)間等要求，選擇對照表見(jiàn)表 2。

2）對于核級壓力變送器，由于大多處于嚴酷或輻照嚴酷環(huán)境，所以只選用 3152 和 3155 這兩個(gè)系列。

例如，IRWST 寬量程液位差壓變送器，屬于安全級儀表且有嚴酷環(huán)境鑒定要求，可以選用 3155 系列壓力變送器。根據儀表設計的壓力、溫度、測量范圍、精度、響應時(shí)間等要求，選擇對照表見(jiàn)表 3。

5 結束語(yǔ)

核電站中，會(huì )涉及到各種不同類(lèi)型的測量?jì)x表的采購工作，壓力和差壓變送器只是其中的一小部分，其他諸如溫度變送器、流量計、液位計等，這些設備是工藝系統穩定運行的基礎。因此，符合設計要求且合理的選型影響著(zhù)整個(gè)控制系統和安全功能的可靠運行。

 

本文結合對壓力變送器的分類(lèi)、技術(shù)要求及環(huán)境要求進(jìn)行說(shuō)明，以?xún)蓚�(gè)簡(jiǎn)單的選型為例加以說(shuō)明，旨在結合設計和環(huán)境要求，為正確選擇變送器型號提供一些分析和依據。