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差壓變送器在核電站一回路水位測量中的選型與技術驗證

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 摘 要:壓水堆核電站中,一回路水位測量主要用于監測堆芯淹沒情況的壓力容器水位測量和用于監測穩壓器的汽水雙相狀態穩壓器水位測量,兩種水位測量都廣泛采用了差壓式儀表。針對實際運行中出現的偏差以及不容易采用傳統方法校驗的問題,本文對測量原理和交叉驗證的方法進行了分析,提出了更加方便可行的方法,從而更好地保證了核電站的安全、穩定運行。b1g壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
0  引言
        壓水堆核電站在停堆之后堆芯核燃料仍有穩態功率百分之幾的衰變熱產生,需要持續地冷卻。因此,監測一回路冷卻水的裝水量有著十分重要的意義。目前,國內CNP1000和CPR1000等廣泛建造的“二代加”核電技術均采用了差壓式變送器測量一回路水位。差壓式儀表通過測量承壓容器頂部和底部的差壓,經過密度補償后計算實際液位值。一回路水位測量主要用于監測堆芯淹沒情況的壓力容器水位測量和用于監測穩壓器的汽水雙相狀態穩壓器水位測量。
 
1 一回路儀表的使用
        堆芯水位測量和穩壓器水位測量,取樣點在一回路的不同標高和位置,如圖1所示。
 
        RCP007/008/011MN使用了分體式壓差變送器,用于表征熱態穩壓器的液位,測量范圍為-6m~3.8m。
        RCP012MN使用了羅斯蒙特差壓變送器,用于表征冷態穩壓器的液位,測量范圍為-6m~3.8m。
        RCP090-095MN使用了智能差壓變送器,用于測量壓力容器液位 [1] 。RCP090/091MN在開蓋/泄壓模式下量程為8.5m~13.35m。在壓力殼模式下,用于CCMS堆芯液位測量。
        RCP098MN為差壓變送器,用于表征冷態一回路液位,測量范圍8.7m~20m。
 
本文針對穩壓器水位測量以及堆芯水位測量等儀表進行分析。
 
1.1 穩壓器水位測量儀表
        RCP007/008/011MN:正常運行時,穩壓器內部是汽液兩相,負壓側用冷凝罐將蒸汽冷凝成水,然后水壓作用在隔離膜片上,非常后通過毛細管把壓力傳遞到儀表。RP模式下穩壓器內的壓力是155bar,溫度在345℃左右,儀表計算書采用此狀態下的液體密度計算得來。因此,RCP007/008/011MN指示熱態狀態下的穩壓器液位 [2] 。
一回路水位測量儀表
        RCP012MN:負壓側有冷凝罐,指示常溫、常壓下穩壓器的液位,在一回路充排水過程中,給予操作員以指示。RCP012MN的儀表計算書采用了壓力1bar,溫度30℃狀態的液體密度進行計算。因此,RCP012MN指示的是冷態下的穩壓器液位。
 
        RCP098MN:沒有設置隔離器,負壓側測點和RCP012MN同一個冷凝容器取出。但是正壓側測點取自一回路主管道。計算書同樣采用了壓力1bar,溫度30℃狀態的液體密度進行計算。因此,RCP098MN指示的仍然是冷態下的一回路液位。
 
1.2 壓力容器水位測量
        RCP090-095MN采用了6000變送器,雙隔離器結構,用于堆芯水位測量。其中 RCP090/091MN為窄量程、RCP092/093MN為寬量程、RCP094/095MN為參考量程 [3] 。寬量程和窄量程的智能壓力變送器有兩個測點,上測點位于壓力容器通風口處,下測點位于堆芯測量系統密封組件處。寬、窄量程公用這對下測點,在靠近測點處安有金屬隔離膜盒以隔離一回路冷卻劑。金屬隔離膜盒與微差壓變送器之間用金屬壓力管線連接,金屬壓力管線中為真空充滿除鹽水以傳遞壓力。
 
        參考差壓變送器及其隔離膜盒與寬、窄量程儀表安裝在相同位置,用以模擬失水事故時安全殼內溫度升高,水的密度減小后由測量毛細管中的除鹽水所產生的壓力,在后續的數據處理過程中對因此造成的損耗進行補償處理 [4] 。
 
        CCMS堆芯液位測量計算。沒有主泵或僅有一臺主泵運行時,窄量程儀表參與水位運算。當有兩臺泵及以上運行時,寬量程儀表參與水位運算 [5] 。正常穩態運行中,當寬量程投入使用時,壓力容器已經不是雙相狀態,因為它測量的只是一回路的壓差,并不是一回路水位的實際值。
寬/窄量程測量示意圖
2 一回路水位測量儀表的功能驗證
        堆芯水位測量和穩壓器水位測量的可用性是核電站監控的重點參數之一,但是傳統的定期校準方法卻存在很大的局限性。以交叉校準的方式來進行功能驗證,能夠有效地解決這個問題。
 
        為了評估傳感器偏差對其功能的危害程度,對于測量儀表的驗證采用了兩種不同的準則:功能驗證準則以及傳感器驗證準則。
 
        功能驗證準則、傳感器驗證準則以及準則計算方法均源自EDF所作的故障概率研究,它是在“探測降級或失效的準確性”和“測量值不準確的概率”這兩者之間權衡的結果。此外,這種權衡結果也取決于驗證所使用的方式及冗余通道的數目。
 
2.1 傳感器驗證標準:C( mv )
        其目的是預防設備降級。設備準則基于比功能允許誤差更為嚴格的傳感器技術精度。傳感器技術精度來源于傳感器固有的不確定度。若經過診斷后發現偏差值超出傳感器驗證準則,其通常的后繼行動是執行完整的校驗。但是這種偏差被認為不影響功能,需要提高關注等待合適的窗口處理。
 
        傳感器驗證準則基于被驗證傳感器的技術精度ε(t),它能夠探測到50%的可能降級。通過冗余傳感器或者試驗傳感器間的交叉比較進行驗證**************
20180117101834.jpg
20180117101857.jpg
        其中,ε(t):被驗證傳感器的技術精度。
 
2.2 功能驗證準則C( fv )(即交叉比較的驗證準則)
        其目的是探測可能的失效。功能準則基于傳感器的功能允許誤差,它包含了傳感器正常工作時的功能裕度。當偏差超出功能驗證準則時,必須立即進行糾正性維修。功能驗證準則根據傳感器功能允許誤差δ(FS)而計算,它能夠探測95%的可能失效。通過冗余傳感器間交叉比較進行驗證
20180117101952.jpg
 
2.3 RCP007/008/011MN和RCP012MN的功能驗證
        現象:為了擴大比較范圍,需要拿RCP007/008/011MN和RCP012MN進行交叉驗證,雖然測量取壓點相同,但是示數不能直接拿來用于交叉比較。
 
        原因分析:RCP007/008/011MN在熱態(292℃)下標定,而RCP012MN在冷態(25℃)下標定。交叉比較需要在同樣的狀態下,所以要把它們變換到同一個狀態下的水平(或稱之為真實水平)進行比較。
 
2.4 RCP098MN與RCP012MN的功能驗證
        RCP098MN的功能驗證,可以使用同樣在冷態標定的RCP012MN進行交叉比較。
驗證的前提條件:在一回路排水時驗證,堆芯水位穩定;參考探頭012MN已經在滿功率時和007/011MN進行了驗證;但是RCP012MN參考值須按RCP098MN量程進行修正。
 
3 結論
 
        基于M310技術的“二代加”改進壓水堆1000MW核電技術采用的差壓式液位計測量一回路水位,廣泛應用于國內的核電站中。本文通過對一回路水位測量儀表的使用、原理和交叉比較方法的分析探討,對其運行維護具有一定的借鑒意義。

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