差壓式液位變送器在核系統(tǒng)中應(yīng)用

摘要:針對(duì)核島系統(tǒng)中差壓式液位變送器在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的常見故障的問(wèn)題,首先研究了差壓式液位變送器的測(cè)量原理,并對(duì)如何進(jìn)行差壓式液位變送器的遷移進(jìn)行了分析,對(duì)照核島系統(tǒng)差壓式液位變送器測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)顯示信號(hào)不正常的現(xiàn)象,對(duì)這些故障現(xiàn)象根據(jù)具體情況進(jìn)行了分析研究,找出了造成這些故障現(xiàn)象的原因,根據(jù)不同的故障現(xiàn)象制定出了相應(yīng)的解決方案。研究結(jié)果表明,這些解決方案的實(shí)施使核島系統(tǒng)中差壓式液位變送器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的常見故障得到了徹底的解決，目前，核島系統(tǒng)中差壓式液位變送器測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定,為核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。
0引言
　　重水堆核電站采用加拿大坎杜6重水堆核電技術(shù),電站自運(yùn)營(yíng)以來(lái)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益.環(huán)境效益和社會(huì)效益。核電站是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，為了保證反應(yīng)堆能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行,需要保證各個(gè)系統(tǒng)都按照設(shè)定的要求工作,這就要通過(guò)各種探測(cè)器來(lái)收集各種信號(hào)，把這些信號(hào)送到主控室進(jìn)行控制，非智能核級(jí)差壓變送器就是核島系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最重要的信號(hào)探測(cè)器之一。
　　差壓液位變送器由于其性能穩(wěn)定、精度高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn),故在核島各系統(tǒng)需嬰檢測(cè)液位場(chǎng)合中,使用非常廣泛。目前差壓液位變送器工藝成熟技術(shù)先進(jìn),并由原來(lái)的非智能性現(xiàn)已逐漸向智能型發(fā)展,但目前考慮到核島系統(tǒng)特有的抗輻射性、抗振性等要求，智能型核級(jí)變送器還沒有在核島系統(tǒng)廣泛使用。
　　一個(gè)核電廠變送器測(cè)量信號(hào)的的失效可導(dǎo)致邊界閥廣]的開關(guān)失效從而會(huì)給核電廠帶來(lái)嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。為保證電廠的安全停堆,在緊急情況下一些電動(dòng)閥門必須開啟,另--些必須關(guān)閉來(lái)保證系統(tǒng)隔斷或防止放射性物質(zhì)外泄，因此首先要保證變送器測(cè)量信號(hào)的正確性進(jìn)而保證這些閥1]的可用性"。
本研究通過(guò)對(duì)核島系統(tǒng)差壓液位變送器測(cè)量易出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析并給出解決方案,從而保證變送器測(cè)量信號(hào)的正確率,進(jìn)而為核反應(yīng)堆和核電廠安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。
1差壓式液位變送器的工作原理
　　壓差檢測(cè)中通常是采用彈性式壓差儀表，要對(duì)壓力和壓差信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳遞的最好、最有效的方法是采用電變送的方法,電變送方法就是通過(guò)電氣位移變換器將壓力和壓差產(chǎn)生的彈性元件的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成某種電氣量,然后加以傳送，采用的電容式壓差變送器。
　　電容式壓差變送器由感測(cè)部分和測(cè)量電路兩部分組成,電容器的電容量由其兩個(gè)極板的大小形狀、相對(duì)位置以及極板之間的電介質(zhì)的介電系數(shù)所決定。若一個(gè)極板固定不動(dòng),而另一個(gè)極板隨壓差而變化其位置,電容器的電容量隨著壓差的變化而變化，通過(guò)測(cè)量電路將電容量的變化轉(zhuǎn)換成電流或電壓輸出信號(hào),送至有關(guān)單元實(shí)現(xiàn)顯示和控制。
　　為了提高電容式壓差傳感器的靈敏度和改善其輸出特性,實(shí)際采用的常是差動(dòng)的形式，也就是將可動(dòng)極板放置于兩塊固定極之間,當(dāng)壓差變化時(shí),一個(gè)電容的電量增大而另一個(gè)電容的電容量則減小，因此其靈敏度可提高--倍而非線性又可大大降低。
　　電容式壓差變送器的測(cè)量電路如圖1所示,變送器的輸出可以轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等信號(hào),然后放大。圖1(a)的交流電橋法是將兩個(gè)電容器接于交流電橋的兩個(gè)相鄰臂.上,交流電橋的輸出經(jīng)放大與相敏檢波后進(jìn)行測(cè)量”。圖1(b)的雙T網(wǎng)絡(luò)法壓差引起的電容變化轉(zhuǎn)換成電壓變化輸出。在交流電源正半周時(shí),通過(guò)二極管D、對(duì)電流器C.進(jìn)行充電,在負(fù)半周時(shí),電容器C經(jīng)電阻R,與R,進(jìn)行對(duì)地放電;而電容器C則在電源的負(fù)半周充電、正半周對(duì)R與R反向放電。因此R,上兩端的電壓輸出是由C,與C的平均放電電流之差所決定的。當(dāng)壓差為零時(shí),CD、R與C、D2、R,的參數(shù)相同.則通過(guò)R的平均放電電流之差為零。當(dāng)壓差不等于零時(shí),差動(dòng)電容C,與C2一個(gè)增大一個(gè)減小，使兩者的平均放電電流不相等,因此R兩端的電壓輸出也就有了相應(yīng)的變化。
 
2差壓式液位變送器的零點(diǎn)遷移
　　的核島系統(tǒng)的差壓式液位變送器由于安裝位置、測(cè)量方式等不同,需要對(duì)變送器的零點(diǎn)進(jìn)行遷移。變送器幾種零點(diǎn)遷移的示意圖如圖2所示。
 
2.1變送器的無(wú)遷移
　　當(dāng)差壓式液位變送器安裝在敞口容器上測(cè)量液位時(shí),正壓側(cè)與容器低部(液位基準(zhǔn)面)取壓點(diǎn)在同一水平高度時(shí);或差壓式液位變送器的負(fù)壓側(cè)采用“干腿”系統(tǒng),同時(shí)正壓側(cè)與容器低部(液位基準(zhǔn)面)取壓點(diǎn)在同一水平高度時(shí),變送器的零點(diǎn)--般不需遷移'”。變送器得到的差壓就是P=ρgH,差壓式液位變送器的標(biāo)定范圍為0~ρgHmax(單位為kPa)。變送器的差壓與液位高度成正比關(guān)系,液位為零時(shí)變送器的壓差也為零。液位達(dá)到滿量程時(shí),變送器的壓差也達(dá)到滿量程。
2.2變送器的正遷移
　　核島系統(tǒng)的液位變送器較多的安裝在容器最小液位面的下部幾米處。當(dāng)變送器的負(fù)壓側(cè)采用“干腿”系統(tǒng)或直接對(duì)空時(shí)，需要對(duì)差壓式液位變送器的零，點(diǎn)進(jìn)行正遷移。此時(shí)作用在變送器的壓差為:
△P=ρ1h1g+ρgH(1)
　　式中:h1變送器正側(cè)至最小液位面的距離;H--被測(cè)容器液體高度;ρ，ρ一被測(cè)液體的密度、取壓管線里液體的密度。
　　當(dāng)H=0時(shí),△P=ρ1h1g>0,對(duì)于無(wú)遷移的變送器,此時(shí)輸出為高于下限值4mA;當(dāng)容器液位達(dá)到滿量程即H為上限時(shí),變送器的輸出高于20mA。為了維持變送器在H為0時(shí)輸出4mA,H為上限時(shí)儀表輸出20mA,需要同時(shí)增大變送器出入的上、下限。下限為ρ1h1g(單位為kPa),上限(ρ1h1g+pgHmax)(單位為kPa),變送器的標(biāo)定范圍為[ρ1h1g-(ρ1h1g+pgHmax)](單位為kPa)。
2.3變送器的負(fù)遷移
　　核島系統(tǒng)的液位變送器較多的采用“濕腿”系統(tǒng)測(cè)量液位,正壓側(cè)取壓管接至容器的最小液位面處,負(fù)壓側(cè)取壓管接至容器的頂部并沖滿液體,變送器安裝在設(shè)備最小液位面的下部幾米處,這樣的安裝和測(cè)量方式需要對(duì)差壓式液位變送器的零點(diǎn)進(jìn)行負(fù)遷移。此時(shí)正負(fù)壓側(cè)的壓力分別為:
 
　　式中:ρ,ρ1,ρ2一被測(cè)液體的密度.取壓管線里液體的密度和容器頂部氣(汽)相的密度;h1,h2-變送器正負(fù)壓側(cè)到容器的最小液位面處和容器頂部的高度;H,h3一容器液體高度和容器頂部氣(汽)相的高度，Pg-容器中氣相(汽相)的壓力。
　　從變送器計(jì)算公式可看出，當(dāng)H=0時(shí)△P=p2g(h3+Hmax)-ρ1g(h2-h1),由于ρ2遠(yuǎn)小于ρ1,h2>H1,所以△P<0,對(duì)于無(wú)遷移變送器的輸出低于其下限值4mA,而且在實(shí)際工作中,往往ρ1>ρ，h3一般也不為零,所以即使H為上限值,變送器的輸出仍會(huì)低于其下限值4mA,這樣變送器就無(wú)法正常工作。因此要在變送器上調(diào)整遷移量,即在維持原來(lái)量程不變的條件下,同時(shí)減少變送器的輸人的上、下限,使變送器的輸出與液位成比例關(guān)系”。
 
3差壓式液位變送器的常見故障分析和處理方法
　　差壓式液位變送器的故障種類很多,核島系統(tǒng)中差壓式變送器均采用ROSEMOUNTI152,1153型變送器性能比較穩(wěn)定,很少出現(xiàn)變送器本身故障現(xiàn)象，主要是取壓管線產(chǎn)生的問(wèn)題較多,這里主要介紹核島系統(tǒng)中的液位變送器測(cè)量中常見故障和處理方法。
3.1液位變送器指示偏高
　　核島的液位變送器指示偏高問(wèn)題主要出現(xiàn)在采用濕腿方式測(cè)量的液位變送器上,由于變送器的負(fù)壓側(cè)取壓管安裝在被測(cè)容器的頂部,并且取壓關(guān)充滿液體,而一般情況下容器的實(shí)際液位均與容器頂部有一定的距離,頂部為氣(汽)體。在剛完成變送器反沖水時(shí),變送器的負(fù)壓側(cè)充滿液體，負(fù)壓側(cè)產(chǎn)生的靜壓為設(shè)計(jì)壓力,液位變送器測(cè)量正確。但由于運(yùn)行工況的變化(如容器壓力突然下降,甚至產(chǎn)生負(fù)壓)導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)取樣管內(nèi)的液體少量被吸走或由于取壓口附近環(huán)境溫度的升高導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)取樣管內(nèi)的液體少量蒸發(fā)等原因,導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)產(chǎn)生的靜壓低于設(shè)計(jì)壓力,使液位變送器的差壓升高導(dǎo)致指示偏高。出現(xiàn)這類問(wèn)題后,首先要對(duì)負(fù)壓側(cè)進(jìn)行反沖水,保證變送器的負(fù)壓側(cè)滿水”。再采用在液位變送器的負(fù)壓側(cè)取壓管引一根補(bǔ)水管，通過(guò)維持微小的負(fù)壓側(cè)補(bǔ)水流量保證液位變送器的負(fù)壓側(cè)不跑水來(lái)徹底解決該問(wèn)題。
3.2液位變送器指示偏低或穩(wěn)定緩慢
　　該現(xiàn)象主要出現(xiàn)在液位變送器采用“干腿”方式測(cè)量,變送器的負(fù)壓側(cè)取壓管安裝在被測(cè)容器的頂部且為氣體。在機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,由于個(gè)別液位變送器的負(fù)壓側(cè)取壓管氣相濕度較高，使液位變送器的負(fù)壓側(cè)有小量的凝結(jié)水，導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)的壓力升高，使變送器的壓差減少，液位指示偏低91。個(gè)別變送器的低壓側(cè)取壓管線布置不合理,管線在布置過(guò)程中產(chǎn)生U型管段,當(dāng)變送器的低壓側(cè)的取壓管線有凝結(jié)水時(shí)，容易在U型管段產(chǎn)生水封,導(dǎo)致變送器的低壓側(cè)不能及時(shí)地反映被測(cè)設(shè)備氣相壓力，使液位變送器反映緩慢或指示失效。通過(guò)打開變送器的低壓側(cè)的疏水閥對(duì)低壓側(cè)進(jìn)行疏水來(lái)恢復(fù)變送器的正常指示，當(dāng)液位變送器的低壓側(cè)的取壓管線有U型管段產(chǎn)生水封時(shí),通過(guò)對(duì)其取壓管線反沖氣并修改其管線的布置位置)消除U型管段就可以使差壓式液位變送器指示正常。
3.3差壓式液位變送器指示波動(dòng)較大
　　差壓式液位變送的標(biāo)定量程-"般比較小,從幾個(gè)千帕到十幾個(gè)千帕，-般不超過(guò)一百千帕，液位變送器的取壓管線沖滿液體。但由于變送器需要定期拆下標(biāo)定,在完成變送器的標(biāo)定回裝時(shí),稍有疏忽導(dǎo)致變送器的取壓管或變送器的腔室內(nèi)有少量氣泡，由于氣體的壓縮性強(qiáng).穩(wěn)定性差,容易造成液位變送器指示波動(dòng)較大。一般在出現(xiàn)液位變送器指示波動(dòng)較大問(wèn)題后,關(guān)閉變送器的取壓隔離閥或拆下變送器先確認(rèn)變送器本身是否存在波動(dòng)。如變送器本身沒有波動(dòng)現(xiàn)象,則對(duì)變送器的腔室和取壓管線進(jìn)行反沖水”(由于CANDU-6型核電站的特點(diǎn)，不能直接放水,同時(shí)放水容易造成取壓管線堵塞),保證變送器的腔室和取壓管線的水沒有氣泡就可以消除缺陷。
4結(jié)束語(yǔ)
　　差壓式液位變送器被廣泛應(yīng)用于核島系統(tǒng)中,經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行表明差壓式液位測(cè)量變送器測(cè)量方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、便于操作維護(hù)、工作可靠、對(duì)被測(cè)容器破壞少等特點(diǎn),有效地保證了測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定性、正確性,從沒有因變送器信號(hào)失效而發(fā)生安全事故,為核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的保障。