| 壓力/差壓變送器應(yīng)用于核反應(yīng)堆(研究堆)應(yīng)考慮的因素與對策研究 |
| 信息來源： 壓力/差壓變送器 | 2024-06-19 點擊量： 6439 |
引 言
壓力/差壓變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動 信號或電動信號進行控制和遠傳的設(shè)備，具有性能穩(wěn)定、精度高、性價比高等特點，在研究堆放射性工藝回路系統(tǒng)（放射性回路）和非放射性工藝回路系統(tǒng)（非放射性回路）中被廣泛應(yīng)用，可用于各設(shè)備本體或工藝管道的液位、流量、壓力和壓差等測量。對研究堆而言，壓力/差壓變送器測量與轉(zhuǎn)換的質(zhì)量直接關(guān)系到研究堆工藝參數(shù)采集的準(zhǔn)確度、靈敏度和穩(wěn)定性，測量信號的不準(zhǔn)確或故障失效甚至?xí)o研究堆帶來嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟損失。因此，在滿足研究堆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、考慮多種影響因素、克服惡劣測量環(huán)境的背景下，如何保證壓力/差壓變送器測量滿足系統(tǒng)使用要求，需要深入研究，從而保障壓力/差壓變送器的運行和維護滿足研究堆安全運行和有效利用的要求。
1 壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中應(yīng)考慮的因素
1.1 安全因素
（1）工藝系統(tǒng)安全。在研究堆上應(yīng)用壓力/差壓變送器需要嚴(yán)格遵守核反應(yīng)堆相關(guān)法律法規(guī)要求，尤其是應(yīng)用在研究堆保護系統(tǒng)以及放射性工藝回路系統(tǒng)上的變送器，更需要在設(shè)計之初便考慮周全，防止在應(yīng)用中因自身問題對系統(tǒng)安全造成影響。一方面，應(yīng)用在研究堆保護系統(tǒng)安全重要參數(shù)（出/入口壓力和入口流量）測量的壓力/差壓變送器，是屬于保護系統(tǒng)的一部分。根據(jù)HAF102—2016 5.4 章節(jié)要求安全重要物項的設(shè)計，必須保證設(shè)備具有足夠的可靠性和有效性，以及 HAF201—1995 4.6 章節(jié)要求保護系統(tǒng)的測量設(shè)備應(yīng)采用獨立性原則，以提高系統(tǒng)的可靠性，尤其是發(fā)生共因故障時的可靠性。另一方面，根據(jù) GBT13632.0—2006 6.2 章節(jié)要求，差壓變送器的布置應(yīng)考慮*優(yōu)化的原則。通過合理設(shè)計與安裝壓力/差壓變送器（包括安全重要參數(shù)和非安全重要參數(shù)設(shè)備），避免系統(tǒng)之間通過變送器環(huán)節(jié)交叉污染，降低壓力/差壓變送器相關(guān)的放射性廢物產(chǎn)出，并將輻射照射保持在合理盡可能低的水平。
（2）人員與設(shè)備的安全。就研究堆而言，壓力測點分散在不同樓層的工藝房間內(nèi)，工藝間內(nèi)設(shè)備繁多、管線復(fù)雜，且大部分工藝房間為放射性環(huán)境。因此，壓力變送器應(yīng)相對集中布置，避免人員逐一到各工藝現(xiàn)場維護，降低人員的受照劑量和安全風(fēng)險。在強放射性環(huán)境中，壓力/差壓變送器內(nèi)部元器件將被加速老化，可能導(dǎo)致設(shè)備過早失效。因此，壓力/差壓變送器應(yīng)布置在非放射性或低放射性場所，降低放射性對變送器安全的影響。
1.2 測量誤差因素
（1）變送器位置對測量的影響。通常在研究堆建設(shè)之初，由于總體設(shè)計的需要或因強放射性環(huán)境、高溫、狹小空間等的制約，壓力/差壓變送器往往不能安裝在工藝現(xiàn)場的測點附近，而是通過引壓管將管道或設(shè)備上的介質(zhì)引壓到適當(dāng)?shù)奈恢迷侔惭b壓力/差壓變送器，因此測點與變送器之間可能會形成標(biāo)高差。當(dāng)變送器位置低于測點標(biāo)高，引壓管中的傳壓介質(zhì)因高度差產(chǎn)生附加壓力，從而影響壓力變送器測量的準(zhǔn)確性；當(dāng)變送器位置高于測點標(biāo)高，變送器腔室壓力會受引壓管氣體影響而形成測量誤差；當(dāng)變送器與測點標(biāo)高一致時，標(biāo)高不會對測量產(chǎn)生影響。
?。?）研究堆工況對測量的影響。研究堆根據(jù)任務(wù)需要及自身特點，堆本體和工藝系統(tǒng)每個月都將經(jīng)歷一次運行和維護，在運行期間也可能需要對部分系統(tǒng)管道或設(shè)備進行切除及投入，變化的工況使導(dǎo)壓管內(nèi)或差壓變送器表腔內(nèi)存在氣體，變送器的腔室壓力發(fā)生變化，進而使用于液位或流量等測量的差壓變送器指示不穩(wěn)定 [1] ；同時若導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)充滿放射性水將可能會沾污儀表，影響儀表的校驗和維修。
?。?）變送器校驗對測量的影響。一般在校驗壓力/差壓變送器時，需要拆卸引壓管與變送器之間的接頭，將便攜式壓力校驗儀與變送器本體連接，在校表結(jié)束后再恢復(fù)引壓管與變送器之間的連接。盡管壓力儀表校驗周期為 1~2 a，但多次的拆卸可能會引起引壓管接頭絲扣處滑絲而滲漏液體；此外，部分引壓管與變送器的連接比較緊湊，拆卸和安裝引起的變形會產(chǎn)生應(yīng)力 [2] ，可能會對變送器測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。
2 壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中的相關(guān)對策
針對壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中的安全與測量誤差的問題，本文在滿足國家相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究堆的實際情況提出了相關(guān)技術(shù)和管理對策。
2.1 技術(shù)對策
為了滿足研究堆的測量要求和各方面安全，同時為了降低壓力/差壓變送器的維護難度，應(yīng)在非放射性或低放射性房間將壓力/差壓變送器集中布置，設(shè)計一個“壓力/差壓變送器一次儀表間”；同時還應(yīng)設(shè)計一套儀表反沖水系統(tǒng)以及免拆校驗方法以降低或消除測量誤差。
?。?）設(shè)計一次儀表間。“壓力/差壓變送器一次儀表間”可簡稱為“一次儀表間”。一次儀表間的位置選定應(yīng)綜合考慮房間內(nèi)各變送器對應(yīng)的測點標(biāo)高情況。就研究堆而言，壓力變送器的測點基本分布在一次水和二次水回路管道或設(shè)備上，各測點通過引壓管將管道或設(shè)備上的介質(zhì)引壓匯集到一次儀表間的變送器，通過校準(zhǔn)儀表零點或遷移量程可以消除或降低標(biāo)高差帶來的測量誤差 [3] 。依據(jù)研究堆保護系統(tǒng)設(shè)計法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等要求，設(shè)計的一次儀表間分為 4 個區(qū)，1、2、3 區(qū)布置保護系統(tǒng)相互物理隔離的 A、B、C 三通道（研究堆一般為三重冗余結(jié)構(gòu)），同時一次水回路相應(yīng)的變送器也布置在該區(qū)域；4 區(qū)布置二次水回路相應(yīng)的變送器。因此，通過一次儀表間的布置不僅使設(shè)計滿足法規(guī)要求而且利于引壓管和反沖水管線的布置，同時也防止了一次水（具放射性）與二次水（不具放射性）在變送器環(huán)節(jié)的交叉污染。
此外，由于從一回路工藝管道或設(shè)備上取壓的壓力變送器，在對其進行校驗或維修過程中，可能會從儀表腔室或引壓管末端泄漏一定量的放射性水，因此需要在一次儀表間設(shè)計放射性地漏，將產(chǎn)生的廢液匯集引出處理。
（2）設(shè)計反沖水系統(tǒng)。針對研究堆工況的變化導(dǎo)致導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)產(chǎn)生氣體，以及導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)若充滿放射性水將影響儀表的校驗和維修等問題，一次儀表間應(yīng)設(shè)計一套壓力/差壓變送器反沖水系統(tǒng)。反沖水系統(tǒng)對所有壓力/差壓變送器進行沖水排氣，提高測量可靠性，同時與具有放射性的一次水之間建立水墊，防止變送器污染。反沖水系統(tǒng)水源為去離子水，壓力應(yīng)與研究堆水壓匹配，防止反沖水水壓過高對工藝系統(tǒng)設(shè)備造成破壞。壓力、差壓變送器的反沖水系統(tǒng)設(shè)計見圖 1 和圖 2，可以實現(xiàn)壓力/差壓變送器表腔和相應(yīng)引壓管的沖水排氣。
（3）應(yīng)用儀表校驗免拆卸方法。鑒于研究堆的傳壓介質(zhì)為不黏稠的液體，一次儀表間在設(shè)計時直接在變送器與引壓管之間用閥組替代單個的截止閥，在校表時無需拆卸引壓管與變送器之間的接頭，只需通過借用閥組的排污口作為校表口，即可實現(xiàn)儀表的免拆校驗 [4] 。
壓力變送器的免拆校驗設(shè)計為：在引壓管和壓力變送器之間安裝一個二閥組（即圖 1 中虛線框中的閥 2 和閥 3），并在二閥組排污管末端加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀通過二閥組排污管與變送器連接，即可實現(xiàn)該壓力變送器的免拆卸校驗。
差壓變送器的免拆校驗設(shè)計：在引壓管與變送器之間安裝五閥組（即圖 2 中虛線框中的閥 1、閥 2、閥 3、閥 4、閥 5），并將五閥組組件 2 個排污絲堵拆除，加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀分別與五閥組的正負(fù)腔室排污處接頭連接，即可實現(xiàn)該差壓變送器的免拆卸校驗。
2.2 管理與制度對策
（1）管理對策。為保障研究堆壓力/差壓變送器的正常運行與維護，需要采取一定的保障措施：①儀表維護人員需要取得壓力、差壓變送器校驗或檢定證書，具備相應(yīng)的操作資格；②編制專用的儀表反沖水操作程序，撰寫儀表免拆卸的校驗方法；③始終貫徹一人操作、一人監(jiān)督的原則，保證設(shè)備安全，保護人員安全；④加強維護人員的培訓(xùn)和對外交流，提升壓力儀表維護綜合能力。
?。?）制度對策。在符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)基于研究堆工況以及壓力/差壓變送器的特點撰寫研究堆壓力/差壓變送器設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計規(guī)定（可參考本文的技術(shù)對策），為新建研究堆壓力/差壓變送器設(shè)計提供制度保障，讓設(shè)計更規(guī)范、更符合研究堆應(yīng)用實際。
3 結(jié)束語
本文研究了壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中需要考慮的幾個因素，并基于研究堆特點提出了一次儀表間、反沖水系統(tǒng)和儀表免拆卸校驗設(shè)計的技術(shù)對策和相應(yīng)的管理、制度對策，對新建研究堆壓力/差壓變送器的設(shè)計與維護有借鑒意義。
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