摘要：內置換料水箱（ＩＲＷＳＴ）液位儀表用于在正常運行和事故工況下連續監測，提供#高和#低水位報警和顯示，為操作員提供操作依據。文章通過(guò)對儀表測量原理、性能、可維護性等方面進(jìn)行比較，提出了選型建議和改進(jìn)建議，為后續華龍一號工程內置換料水箱（ＩＲＷＳＴ）液位儀表選型和改進(jìn)提供了借鑒和參考。
概述
華龍一號內置換料水箱（ＩＲＷＳＴ）為混凝土結構并覆有不銹鋼襯里，是安全殼結構的一部分，ＩＲＷＳＴ里含硼水與安注箱內的含硼水一樣的硼濃度（≥２３００ｍｇ／Ｌ且≤２５００ｍｇ／Ｌ），ＩＲＷＳＴ能提供足夠的含硼水，在異常運行
工況下，向化學(xué)和容積控制系統（ＲＣＶ）提供含硼水；在換料冷停堆期間，用于為反應堆換料水池、堆內構件儲存池和燃料轉運艙充水，以完成換料操作；在事故工況下，ＩＲＷＳＴ作為安全級的設備，可為安注系統（ＲＳＩ）和安全殼噴淋系統（ＣＳＰ）提供安全水源。
ＩＲＷＳＴ配備兩個(gè)寬量程（０～３．８ｍ）和兩個(gè)窄量程（２．２～３ｍ）連續液位測量通道。寬量程ＲＳＩ００４ＭＮ和ＲＳＩ００５ＭＮ用于在正常運行和事故工況下連續監測ＩＲＷＳＴ水位。窄量程ＲＳＩ００１ＭＮ和ＲＳＩ００２ＭＮ用于在正常運行工況下監視ＩＲＷＳＴ水位是否在運行規范要求的范圍內。水位低于２．６３ｍ時(shí)，觸發(fā)低水位報警提示操作員ＩＲＷＳＴ需要補水；水位高于２．７３ｍ時(shí)，觸發(fā)高液位報警提示操作員注意可能有其他水源進(jìn)入。這些傳感器通過(guò)ＤＣＳ系統向操作員提供高、低水位報警和模擬量液位顯示。２當前工程現狀及存在問(wèn)題
２．１現狀分析
華龍一號全球shou堆福清核電５號機組ＩＲＷＳＴ液位變送器選型：窄量程選用浮筒式液位變送器；寬量程選用Ｋ１級的正壓腔帶一個(gè)隔離密封件，采用毛細管導壓的遠傳法蘭差壓式變送器。
浮筒式液位變送器應用的是阿基米德原理，即“浸入液體中的物體所承受的浮力等于它所排開(kāi)的液體的重量”，
公式為Ｆ＝ρ１ｇｈ－ρ２ｇ（Ｌ－ｈ）。
浮筒式液位變送器測量原理如圖１所示。浮筒式液位變送器使用彈簧連接浮筒，則該浮力可看作掛在彈簧下面的浮筒元件重量的有效減輕量，即彈簧拉伸力ＦＳ＝Ｗ－Ｆ。因此當液位改變時(shí)，浸入液體中的浮筒體積變化，浮筒受到的浮力相應改變，導致彈簧收縮或拉伸，從而帶動(dòng)壓力管內的鐵芯做線(xiàn)性垂直運動(dòng)。當ＬＶＤＴ（線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器）中鐵芯的位置隨著(zhù)液位變化而變化時(shí)，ＬＶＤＴ中兩個(gè)次級線(xiàn)圈的電壓差信號與鐵芯的位移成正比，電壓差信號反饋至微處理器控制的電子元件，信號經(jīng)過(guò)電路處理并轉換為ＤＣ４～２０ｍＡ的標準電流信號輸出。
遠傳法蘭差壓變送器安裝情況如圖２所示。浮筒式液位變送器通過(guò)法蘭安裝方式安裝于ＩＲＷＳＴ上層環(huán)廊地面位置，在法蘭下方的ＩＲＷＳＴ?xún)炔�，安裝有Φ１００空心的
不銹鋼管作為液位變送器保護罩，以減輕液面波動(dòng)對浮筒式液位變送器浮筒造成的影響。遠傳法蘭差壓變送器配有５ｍ長(cháng)毛細管的遠傳隔離膜片，沿不銹鋼水池內壁安裝儀表管支架。變送器本體和低壓側隔離膜片安裝在ＩＲＷＳＴ上層環(huán)廊中，帶有５ｍ長(cháng)毛細管導壓的高壓側投入式隔離膜片安裝在焊接于ＩＲＷＳＴ底部的支架上。高壓側和低壓側分別測量ＩＲＷＳＴ?xún)纫何坏撵o壓力和上層環(huán)廊空氣壓力（代替ＩＲＷＳＴ?xún)壬喜靠臻g氣體壓力），通過(guò)高低壓側的壓力差值轉換計算，得到ＩＲＷＳＴ?xún)鹊囊何桓叨取?/div>
２．２存在問(wèn)題
２．２．１浮筒式液位變送器
（１）誤差分析。
根據技術(shù)規格書(shū)的設計輸入，ＩＲＷＳＴ中的硼濃度≥２３００ｍｇ／Ｌ的含硼水設計壓力０．５２ＭＰａ（ａ），設計溫度１５６℃，設計參數為在事故工況下的參數，而正常工況工作壓力０．１ＭＰａ（ａ），工作溫度１５～５５℃。由上可知兩種不同工況ＩＲＷＳＴ中含硼水參數差別大，從而圖１中的ρ１和ρ２在兩種工況下差距大，而且實(shí)際運行過(guò)程中，參數是經(jīng)常改變的，所以ρ１、ρ２是隨工況變化而變化的，測量結果與浮力Ｆ＝ρ１ｇｈ－ρ２ｇ（Ｌ－ｈ）直接相關(guān)，因此無(wú)論以設計工況或者正常工況的參數進(jìn)行設置，只要實(shí)際參數與設置參數有偏差，就會(huì )產(chǎn)生誤差�，F場(chǎng)調試時(shí)發(fā)現，按事故工況設置，則在正常工況下測量誤差介于０．０８６～０．１２２ｍ（現場(chǎng)介質(zhì)溫度不同時(shí)，導致的誤差不同）；反之，按照溫度５５℃，壓力０．１ＭＰａ（ａ）的工況設置，則在事故工況下誤差為０．０８ｍ左右。同理可知，在實(shí)際運行工況中，偏差也是一直存在的，且偏差大小是隨工況的變化而變化的。
調試安裝時(shí)，從實(shí)驗室將液位計搬運至現場(chǎng)安裝后發(fā)現零點(diǎn)已發(fā)生偏移，經(jīng)分析，可能有兩方面原因：一是檢驗后浮筒上仍有液體附著(zhù)，導致浮筒重力加大，使得測量值顯示偏��；二是搬運過(guò)程和安裝過(guò)程中的振動(dòng)導致浮筒液位變送器機械連接部件或彈簧發(fā)生變化，導致發(fā)生零點(diǎn)偏移。
在正常使用中，介質(zhì)附著(zhù)于浮筒上、液面波動(dòng)導致浮筒振動(dòng)、長(cháng)時(shí)間使用導致彈簧發(fā)生細微形變等方面的原因也將在一定程度上導致測量結果產(chǎn)生偏差。
（２）誤差影響。
根據安全注入系統報警手冊中的要求，窄量程水位測點(diǎn)００１ＭＮ／００２ＭＮ分別通過(guò)邏輯判斷形成ＩＲＷＳＴ水位高報警和ＩＲＷＳＴ水位低報警。當觸發(fā)水位高報警，操作員需根據系統設備狀態(tài)和其他參數判斷反應堆安全殼內是否存在不明泄漏，如果有額外的水流入（例如：帶有放射性的廢水流入反應堆廠(chǎng)房），需停止相關(guān)環(huán)路并通過(guò)安注或安噴系統泵吸入管道上的疏排管線(xiàn)進(jìn)行排水；觸發(fā)水位低報警時(shí)，如果無(wú)安注信號，并且不是在換料操作過(guò)程中，則可能是ＩＲＷＳＴ鋼覆面泄漏、安注或安噴系統吸水管道或閥門(mén)泄漏導致的。操作員需通過(guò)ＲＢＭ系統為ＩＲＷＳＴ補水、檢查ＩＲＷＳＴ鋼覆面泄漏監測地坑液位以驗證是否為鋼覆面泄漏、檢查安全廠(chǎng)房ＲＶＤ地坑液位以驗證是否為安注或安噴系統管道或閥門(mén)泄漏，并根據驗證結果采取必要的隔離措施。
所以，當存在測量誤差時(shí)，將大概率誤觸發(fā)水位高、低報警或者導致實(shí)際水位持續處于偏高或偏低狀態(tài)，影響操作員做出正常判斷和操作，從而影響機組的安全穩定運行。
２．２．２遠傳法蘭差壓變送器
遠傳法蘭差壓變送器采用差壓原理進(jìn)行液位測量，通過(guò)測出的差壓值來(lái)計算液位高度，根據當前設計，在計算過(guò)程中密度取事故工況下的密度，但實(shí)際運行工況與事故工況相差大，且處于變化狀態(tài)，所以設計上存在計算偏差。
寬量程水位是事故后監測系統（ＰＡＭＳ）的組成部分，根據機組運行技術(shù)規格書(shū)和ＱＳＲ定期試驗監督大綱要求，操作員需８ｈ進(jìn)行一次液位一致性檢查，儀控人員需每１個(gè)換料周期進(jìn)行一次零點(diǎn)檢查、每８個(gè)換料周期進(jìn)行一次校驗。遠傳法蘭差壓變送器高壓側投入式隔離膜片安裝在焊接于ＩＲＷＳＴ底部的支架上，因此若需要零點(diǎn)檢查或校驗儀表，則必須將ＩＲＷＳＴ排空，進(jìn)入ＩＲＷＳＴ進(jìn)行工作。ＩＲＷＳＴ總容積約２４００ｍ３，正常容積為２２２５～２３１０ｍ３，且ＩＲＷＳＴ里面存儲的液體為硼濃度≥２３００ｍｇ／Ｌ的含硼
除鹽除氧含碳水，當前并無(wú)可以存放如此大容積放射性液體的容器；ＩＲＷＳＴ為安全設計，水箱排空存在安全隱患，對于核電廠(chǎng)的排放指標也會(huì )有較大影響。因此維護人員進(jìn)入ＩＲＷＳＴ密閉空間進(jìn)行工作極為困難，且需要核清潔人員進(jìn)行去污，不利于核電廠(chǎng)職業(yè)照射劑量的控制，同時(shí)工作過(guò)程也存在較大的引入異物風(fēng)險；大修期間排空水會(huì )帶來(lái)額外工期影響。
３后續工程改進(jìn)
通過(guò)上述的分析可知，窄量程選用浮筒式液位變送器將導致較大的測量偏差，而寬量程選用毛細管導壓的遠傳法蘭差壓式變送器，存在計算偏差且后續執行零點(diǎn)檢查和校驗存在較大困難。所以在漳州核電廠(chǎng)１、２號機組工程采購中，通過(guò)提出華龍設計優(yōu)化項，已將窄量程液位計選型改為導波雷達液位變送器，而寬量程液位計擬通過(guò)研發(fā)安全級為１Ｅ，鑒定等級為Ｋ１且滿(mǎn)足抗震Ｉ類(lèi)要求的導波雷達液位變送器進(jìn)行替換，安全級導波雷達液位變送器需采用分體安裝，且由于寬量程長(cháng)度接近４ｍ，安裝空間受到限制，需要考慮導波桿的分段可折疊、分段安裝和分段拆卸或采用導波纜的形式。
導波雷達液位變送器是基于電磁波的時(shí)域反射原理為基礎的雷達液位計，液位變送器的電磁波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿探桿向下傳播的電磁脈沖波，當電磁脈沖波遇到比先前傳導介質(zhì)（比如空氣）介電常數大的液面時(shí)，電磁脈沖波會(huì )被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置。發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比，通過(guò)很高速計時(shí)電路計算脈沖從發(fā)射到反射的時(shí)間差，即可計算得出液位高度。
根據工作原理和現場(chǎng)應用經(jīng)驗，導波雷達變送器具有如下優(yōu)點(diǎn)：導波雷達液位變送器的測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響；測量精度高，穩定性強；可以使用螺紋和法蘭連接安裝，拆裝方便，有利于現場(chǎng)的安裝與檢修維護；儀表校驗簡(jiǎn)單，在現場(chǎng)即可完成零點(diǎn)檢查和校驗工作，同時(shí)組態(tài)方便簡(jiǎn)單便于操作；沒(méi)有會(huì )被磨損和破壞的機械運動(dòng)部件；檢修維護量小，節約了生產(chǎn)成本和維護成本［１］。
在安裝方面，導波雷達液位變送器一般情況下可以用法蘭或螺紋連接安裝到容器頂部，探桿方向要與測量介質(zhì)液面垂直，與測量筒壁需要保持一定的距離。安裝所需的條件與００１ＭＮ／００２ＭＮ原設計的基本一致，因此福清核電５／６號機組項目也可以考慮通過(guò)換型進(jìn)行優(yōu)化。而寬量程的遠傳法蘭差壓變送器安裝要求有較大不同，換型后采用分體安裝設計，需考慮增加導波桿或導波電纜的安裝法蘭及保護罩等設計，貫穿件及一次元件到貫穿件電纜路徑等設計修改，根據需求對設計圖和安裝圖做出相應的修訂。
４福清項目寬量程遠傳法蘭差壓變送器改進(jìn)方案
福清項目寬量程遠傳法蘭差壓變送器若通過(guò)換型改造，變更為導波雷達液位變送器存在以下問(wèn)題：改為分體式安裝的導波雷達液位計，需要做增加貫穿件及一次元件到貫穿件電纜路徑等設計改變；原用于穿法蘭和毛細管的孔洞無(wú)法滿(mǎn)足導波雷達液位變送器的需求，需重新安裝法蘭及保護罩等。
遠傳法蘭差壓變送器主要問(wèn)題有：?jiǎn)?wèn)題一，當前設計，在計算過(guò)程中液體密度取事故工況下的密度，產(chǎn)生計算偏差；問(wèn)題二，高壓側投入式隔離膜片安裝在焊接于ＩＲＷＳＴ底部的支架上，導致進(jìn)行零點(diǎn)檢查或校驗時(shí)存在較大困難。根據介質(zhì)溫度壓力與密度的關(guān)系，在液位計算過(guò)程中采用隨工況變化而變化的真實(shí)密度，即可解決問(wèn)題一；問(wèn)題二則可通過(guò)改變安裝方式，將原焊接在ＩＲＷＳＴ底部的支架改進(jìn)為可移動(dòng)的支架來(lái)解決。
支架安裝如圖３所示，在ＩＲＷＳＴ墻上固定好導軌，將高壓側投入式隔離膜片的安裝支架固定在滑塊上，在滑塊上設置有升降環(huán)，在安裝好高壓側投入式隔離膜片后，在升降環(huán)上固定好足夠長(cháng)（＞４ｍ）的鏈條。通過(guò)鏈條將滑塊緩慢地沿著(zhù)導軌下放，在每下放半米左右距離時(shí)，使用不銹鋼抱箍將毛細管固定在鏈條上，直至下放到ＩＲＷ－ＳＴ底部為止，將鏈條的另一端固定在上一層環(huán)廊導軌處，用于將位于隔離膜片的從ＩＲＷＳＴ底部提升到上一層環(huán)廊。通過(guò)這樣的安裝方式可以解決進(jìn)行零點(diǎn)檢查或校驗極其困難的問(wèn)題，實(shí)現在不排空ＩＲＷＳＴ的情況下完成零點(diǎn)檢查或校驗工作，避免排空水箱帶來(lái)的安全隱患，減去人員由于進(jìn)入ＩＲＷＳＴ密閉空間工作帶來(lái)的輻射劑量，同時(shí)也避免了ＩＲＷＳＴ引入異物的風(fēng)險以及排空水帶來(lái)額外的制水成本和工期影響。通過(guò)改進(jìn)安裝方式，節約了運維成本并大大提高了安全性。
５結語(yǔ)
ＩＲＷＳＴ在不同工況下，介質(zhì)的溫度壓力變化較大，不適宜采用基于阿基米德原理的浮筒式液位變送器；導波雷達液位變送器在ＩＲＷＳＴ液位測量上具有不受工況變化影響、拆裝方便、易調試校驗、維護簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；遠傳法蘭差壓變送器通過(guò)計算過(guò)程優(yōu)化和改進(jìn)安裝方式同樣可以滿(mǎn)足寬量程測量及維護需求。通過(guò)分析比較，對今后項目ＩＲＷＳＴ的液位儀表選型起到一定的指導意義。
版權所有：http://www.meneki-ryoku.net/ 轉載請注明出處
關(guān)注我們 實(shí)現共贏(yíng)