核岛差压变送器水封问题的解决方案及坡度测量仪器的创新应用

李 锋 胡 鹏 赵子样 韦国康 郑清锦

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200)

0 引言

核岛差压变送器主要用于测量液位、流量等信号，参与控制和保护等。仪表的安装情况和成品的保护直接关系到仪表的可靠性。在仪表巡检、冷凝罐处理及管线专项检查过程中，曾发现蒸发器液位变送器从负压侧取样口到冷凝罐的管线存在倒坡，有积水可能；蒸发器液位变送器负压侧冷凝罐下方膨胀环管线坡度不满足要求，管线方向改变时最小坡度不满足≥2%要求；主蒸汽流量变送器存在取样管线与栅格板、支架等剐蹭、磨损、有凹坑、拉伸受力等现象，同时存在膨胀环上下两端处在同一固定支架的现象，无法起到缓冲作用。对此，需要从技术上入手，制定详细的方案，节约时间成本和人力成本，并且有效降低人为操作和数据处理引入的人为失误风险，解决核岛差压变送器负压侧水封、取样管坡度等带来的仪表异常问题。

1 水封带来的影响

主蒸汽系统3个环路共有6个主蒸汽流量变送器，每个环路2个，分别测量一、二、三环路主蒸汽管线上的蒸汽流量，6个蒸汽流量变送器非孔板测量方式，均利用了“蒸汽发生器上封头至主蒸汽管道弯头之间形成的蒸汽差压与流量的平方成正比”的原理来测量蒸汽流量。蒸发器的水位变送器共有15个，每台蒸汽发生器配有5个水位变送器。

结合图1，正常情况下，冷凝罐入口一次门A1前后差压△P=0，SG中的蒸汽压力P与冷凝罐中的压力PH1相等，此时变送器MD两侧的压力差计算如下：

图1 主蒸汽流量变送器安装示意图

MD1=(PH1+Hg)-(PL+ Hg)

=PH1-PL=P-PL

一旦冷凝罐一次门A1处出现轻微堵塞，由于蒸汽冷凝的速度很快，高压侧冷凝罐内蒸汽压力下降为PH2，小于SG中的压力P，此时在变送器MD两侧的压力差计算如下：

MD2=(PH2+Hg)-(PL+ Hg)=PH2-PL

由于(PH2-PL)<(P-PL)，即△MD2<△MD1，此时变送器的输出值将变小，DCS历史曲线将向下跳变。

由于一次门A1前后形成了一个差压△P=P-PH2，且P>PH2，此时若SG中的蒸汽又将一次门A1堵塞部位冲开，SG中的蒸汽再次进入冷凝罐，使冷凝罐的压力PH2上升至PH1=P,从而使变送器的差压输出值△MD2上升至△MD1，则DCS历史曲线会向上跳变回正常值。

2 仪表安装技术要求

2.1 管的坡度要求

仪表管的坡度要求，在传感器安装标准图和仪表管道布置图有明确的指示。除非特别提出向上倾斜的要求，仪表管推荐是向下倾斜，在仪表根阀和传感器之间有10%的坡度(包含膨胀环，如有)。如果现场无法满足10%的坡度要求，至少也要保证有2%的坡度[1]。从根阀到冷凝罐之间应该有10%～50%的坡度。

由于本桥采用大跨度公铁两用斜拉桥，杆件受力大，Q370q和Q420q钢板已经不能满足大桥的制造需要，在受力大的高塔区16个节间下弦杆及铁路桥面采用了我国第六代桥梁钢Q500qE。下弦杆效果如图2所示，高塔区下弦杆受力大，且内有锚箱构造，钢板厚度大，为保证工程焊接质量，需要对Q500qE钢进行全面地焊接性试验研究。

如果仪表管需要沿地敷设很长一段管道，坡度小于2%也是可以接受的，但一定注意不要平铺或发生反方向向上倾斜的现象。

2.2 系统测量

与这些测量有关的传感器通常安装位置比仪表接头位置低。所有沿仪表管线路径坡度必须≥2%，且必须坡向下朝着传感器。

2.3 排烟系统测量

与这些测量有关的传感器安装位置应比仪表接头位置高。所有沿仪表管线路经坡度必须≥2%且必须向下朝着压力管道。

3 方案的制定

3.1 坡度测量仪器的应用

高度尺测量如图2所示。

图2 高度尺测量

水平仪测量如图3所示。

图3 水平仪测量

倾角仪测量的特点是功能强大，快速测量，直观显示，测量0～90°，精度±0.15°。其中，绝对测量模式显示被侧面与水平面之间的角度，相对测量模式测量两个被测面的相对夹角。

3.2 详细的检查方案

①检查重要变送器取样管线安装情况，包括坡度、剐蹭、膨胀环安装等。

②检查是否存在倒坡现象。

③有高压蒸汽类的变送器，对一/二次阀安装方向检查。

④如果发现管线存在倒坡、剐蹭、仪表管线阀门安装不规范，则需要进行处理。

⑤要求：负压侧一次阀比蒸汽发生器取样口高，水平管线有一定的坡度，具体为：A1>A2>B1>B2>B3>B4。

图4 蒸汽发生器水位测量示意图

3.3 实施效果

采用水平尺检查仪表的水平情况，根据倾斜方向判断是否与安装标准一致。第二步是通过高度尺测量高度差，通过直尺测量管线的长度，进而计算实际的坡度，核实是否满足安装标准。

相比之下，采用坡度测量仪器显得容易得多。结合取样管的实际安装位置，通过测量直接得出实际坡度，结合安装标准进行分析，可以跳过复杂的测量和计算过程。这相对于传统做法更加科学、有效。

解决仪表管线坡度问题，一方面对于取样口到冷凝罐侧的管线来说，有利于凝结水的流通而不形成水封，另一方面对于水实体的管线来说，有利于气泡排出，进而保证了压力传输的正确性和仪表显示的精确度。

以其中一台机组的处理数据为例，调整前仪表管线存在不同程度的倒坡，这种情况可能会引起水封，导致压力传递不畅，进而导致仪表测量的差压出现异常，仪表显示出现波动或偏差大。针对这种情况，可以采用坡度测量仪器进行精确测量，对数据进行分析，明确需要处理的管线，并按照详细的检查方案进行处理后，确认调整后的出口管线坡度满足规范要求，取样管安装规范，在仪表运行期间加强监视，确认达到预期效果。经过长时间的跟踪且运行至今，未出现因坡度导致仪表异常故障的情况，即调整后仪表故障的情况为0。

表1 调整前后的数据及故障数据

4 结束语

本次主要是针对核岛变送器负压侧水封的问题开展一系列的研究，此方案易于推广，通过深入分析水封对核岛重要差压变送器带来的具体影响，进一步扩展排查现场变送器的安装情况，利用简易、便携的仪器及时发现现场仪表存在的问题并予以解决，从而有效避免日常期间可能出现的仪表波动情况，保证了机组的安全稳定运行。