核电机组分体式 K1 差压变送器现场充液技术分析

集成电路应用杂志 发表于 2018-04-09 14:51:06 收藏 已收藏
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核电机组分体式 K1 差压变送器现场充液技术分析

集成电路应用杂志 发表于 2018-04-09 14:51:06

分析核电机组压力容器和稳压器的液位测量分体式 K1 差压变送器。液位测量对电厂建设期间的一回路进水、水压试验及运行期的一回路液位监控和事故分析起着极其重要的作用。变送器的传感器和变送单元分开布置在安全壳和电气厂房,通过特有的抽真空、充液、无气泡验证试验等工艺直接在施工现场安装。充液是技术难点和保证设备稳定可靠运行的关键。介绍一回路液位测量、K1 差压变送器工作原理和特性,分析现场抽真空、充液工艺及无气泡验证试验、静压试验及调试校验结果。最后,介绍安装过程中遇到的主要问题,总结核电机组的经验,提出改善方案优化抽真空、充液工艺和安装管理,为后续机组提供参考。

核电压力容器和稳压器液位测量,用于工况监控和事故分析,对核电运行安全极其重要。变送器由隔离模块、传感单元和变送单元组成,其中隔离模块直接与过程工艺管道连接。变送器的隔离模块、毛细管、传感单元安装在核岛中,变送单元安装在电气厂房,并通过接线盒和电缆连接。分体结构避免变送单元工作在 Local 工况高辐照、高温、高压工作环境,保证变送器的寿命、可维护性、稳定性及可靠性。

变送器以散件形式发到现场在现场安装,涉及抽真空、充液、无气泡验证试验、静压试验等特殊工艺。现场施工环境恶劣,抽真空工艺要求非常高,如 HP 真空度为 0.02 mBar。在核岛高温、高湿的环境下,要达到如此高的真空度要求,须对工艺的各个环节进行严格控制,否则直接影响变送器的测量精度和使用寿命。

1  RCP 液位测量和分体式 K1 差压变送器

1.1  RCP 液位测量

反应堆冷却剂系统(RCP)的液位测量分为承压阶段的测量和卸压阶段的测量。RCP 承压阶段液位由供货的分体式 K1 差压变送器测量,分为正常热态运行工况下的液位测量和一回路发生失水事故情况下的液位测量。 

正常热态运行工况下,反应堆压力容器充满水,平均温度 314℃,压力 15.5 MPa,整个 RCP 系统只有稳压器上部存在汽空间,RCP 的水位等同于稳压器水位。稳压器水位传感器 RCP007、008、011MN 测量,信号精度高,用于反应堆保护系统和稳压器水位调节系统[1]。

一回路失水事故工况下,RCP 液位可能直接下降到堆芯以下,利用四个压力容器水位测量计 RCP090、091、092、093MN 监测堆芯淹没情况,总共 6 台差压变送器,分 A、B 系列,每列 3 台,如图 1 所示。

1.2 分体式 K1 差压变送器

变送器属于分体式差压电感式,由高压隔离模块、低压隔离模块、变送单元、信号处理抽屉等部分组成[2],如图 2,分体式 K1 差压变送器工作原理。

1.3 JUV 抽真空组件  

变送器通过专用工器具 JUV 实现抽真空和充液。抽真空指将变送器和 A 类水中的真空度抽到要求值,以避免变送器和隔离模块之间由气泡而影响压力传递、液位测量精度和响应时间。充液指在真空度达到要求之后,将 A 类水按规定的操作流程和填充容器注入变送器中。JUV 结构如图 3。

2  分体式 K1 压力变送器的安装

分体式 K1 压力变送器安装工作主要包括先决条件检查、变送模块标定、传感器抽真空和充液、传感器无气泡验证试验和静态压力验证试验等。

2.1 先决条件检查

第一项工作是对现场安装条件进行检查,检查主要工作顺序。

(1)参照图纸,对变送器毛细管的敷设路径、毛细管桥架搭设及变送器支架的安装位置进行检查和测量。

(2)安装房间的隔离区搭设、空调和除湿机设置、脚手架搭设、临时电源、临时照明等进行检查。

(3)申领变送器组件和专业工器具:抽真空泵组件(以下简称 JUV)和仿真实验仪(以下简称JUS)。

(4)准备 A 类除盐水、压缩空气、温湿度计、毛细管密封胶、螺栓防咬剂、无水酒精等易耗品。

2.2 隔离膜块检查和变送器校准

依照计量法规,在变送器安装之前进行校准。分体式 K1 变送器在安装之前,必须进行标定,流程如下。(1)隔离模块检查:检查隔离膜片是否变形、腔室是否有异物。(2)变送器校准:进行零点和满量程校准。(3)线性度检验:对线性度进行检验,线性度高于 98.5% 为合格。

2.3 抽真空和充液

抽真空和充液是变送器安装中最核心的工艺,直接关系到变送器的测量精度和使用寿命,工作流程如下。

(1)变送器低压隔离模块 LP 和高压隔离模块 HP,经毛细管连接到传感器 Sensor 低压“-”端和高压“+”端。

(2)LP 抽真空和充液:适度松开 LP 上的球形螺栓,将充液软管连接在 LP 充液接头和 JUV 充液接头上,同时在 Sensor 的低压侧连接真空表(Gauge)。LP 持续不间断抽真空的时间为:稳压器 LP 4 小时、压力容器 LP 24 小时。

(3)JUV 连接 Sensor,真空表(Gauge)连接 JUV。HP  持续抽真空时间为 36 小时。

2.4 验证试验

抽真空过程中,JUV Tank1 内的 A 类水和变送器不可能完全被抽真空,同时隔离模块、毛细管、传感器之间的密封可能存在泄漏,为保证分体式 K1变送器的高精确、灵敏度和可靠性,必须对变送器内的气泡容积和密封性能进行验证。

在充液完成后专门设置无气泡验证试验和静压试验来验证充液结果。无气泡验证试验用于判定抽真空和充液是否合格。

2.4.1无气泡验证试验

无气泡验证试验是通过注射器在变送器低压侧加压,测量注射器至 LP 处的容器改变 V1 和变送器输出值反映的其实际容积变化 V2,最后计算、分析和比较 V1 和 V2 关系,确认变送器 LP/HP 与传感器之间的总气泡大小。

图 4,无气泡验证试验示意图。某核电机组所有分体式 K1 压力变送器通过无气泡验证试验确定的气泡值都小于 0.1 mL,全部合格通过[3]。

2.4.2 静压试验

分体式 K1 差压变送器直接与一回路相连,为保证一回路密封边界完整性和变送器工作可靠,必须对变送器进行水压试验。水压试验示意图 5。

某核电机组所有分体式 K1 压力变送器在静压试验全部合格[3]。

2.4.3 调试校验结果

在变送器安装好之后,调试队进行现场校验。分体式 K1 差压变送器全部校验合格,并在热试过程工作稳定可靠。校验记录如表 1 分体式 K1 差压变送器校验记录[4]。

3  安装中遇到的问题和优化方案

3.1 安装遇到的问题

某核电机组压力容器和稳压器液位测量用分体式 K1 差压变送器在安装过程中遇到的问题如下:

(1)核岛厂房通风系统常不可用,现场工作环境恶劣,温度常常在 40 ℃、湿度 80% 以上。真空泵持续不间断在温度 25 ℃、湿度 50% 以下才能达到目标值(如 HP 0.02 mbar)。现场环境难以控制导致抽真空多次失败,真空泵工作效能下降,进度滞后影响现场工期。

(2)变送器机架安装在 KCS801-804AR 核级小三箱中,机架和机柜分开采购。规格书没有考虑边界接口,没有配套的特殊接线端子。

(3)NNSA 对分体式 K1 差压变送器安装选点见证,并对安装过程的工艺流程、质量控制等提出问题。设备厂家营运范围没有现场服务资质。

(4)变送器隔离模块的膜片上有污物,必须返修。同时 RCP091MN 抽真空和充液后,进行无气泡验证试验和静压试验时发现线性偏移超标,不可使用。

(5)变送器毛细管桥架没有按照施工图纸敷设,部分墙壁贯穿件没有安装,造成毛细管长度不够和毛细管与水泥直接接触。

3.2 优化方案

3.2.1 先决准备工作的优化

(1)在安装分体式 K1 差压变送器之前,参照施工图纸同施工单位对毛细管桥架、贯穿件的安装位置和质量进行检查,必要时进行整改。

(2)在供货商来现场之前,保证变送器内包装完好。由供货商来开箱和检查变送器是否合格。

(3)设置分体式 K1 差压变送器现场安装质量计划,将施工单位、总承包商、供货商纳入其中,以确保供货商在现场充液工作能满足 HAF604 监管的要求。

3.2.2 隔离区的优化

后续机组建立密封严密的隔离区,同时隔离区配备 1 台制冷效果好的空调和 2 台工作除湿效果好的除湿机。严格控制环境温湿度,必要时及时增加空调和除湿机。尽可能将充液服务时间安排在冬天或春天。

3.2.3 抽真空和抽样优化

工艺的优化。(1)改变 JUV 抽真空泵组件,将其橡胶接管改为金属密封接管,提高 JUV 的密封性能,提高抽真空效率。改变 JUV 的结构,同时对一个房间内的多台变送器进行抽真空,缩短工期。

(2)每周进行 JUV 再生,除去泵内水汽。JUV再生由在核岛实施改为到办公室实施,办公室温湿度控制在 20 ℃、45% 以下,以提高真空泵的性能。

(3)在抽真空泵的吸气口设置干燥包,空气经过干燥包初级除湿之后再吸入泵内。同时泵壳体外缠绕绝缘电阻丝,必要时加热除湿。

(3)某核电机组的抽真空顺序为 RCP007MN、008MN、011MN、090MN 至 094MN。鉴于现场一回路进水和水压试验只需要使用 RCP090、RCP091MN窄量程监测一回路液位,先完成 RCP090、RCP091MN 充液之后,再完成剩余分体式 K1 变送器充液。

工作安排的优化。(1)分体式 K1 差压变送器的抽真空时间比较长,HP 需要持续不间断抽真空 36 小时。合理安排抽真空计划,充分利用周末的时间段进行抽真空。

(2)优化厂家分体式 K1 差压变送器抽真空团队,由 2 人小组改为 3 人小组。3 人团队的抽真空效率相当于 2 个 2 人小组,节省人工,提高工作效率。

4  结语

由于分体式 K1 变送器现场安装遇到较大困难,一度停滞不前。在作者的协调下,通过各环节的努力和改进,克服了环境温湿度无法控制、变送器部件不可用、进度紧张等困难,最终通过了无气泡验证试验、静压试验及调试校验,保证了设备的质量和进度,满足水压试验节点需求。

本文总结和优化某核电机组的安装经验,对某核电项目后续机组和其他核电项目有重要参考意义。

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