【內(nèi)容摘要】本文介紹了核電廠常用壓力變送器的種類，結(jié)合核電廠對(duì)于壓力變送器的技術(shù)要求，給出了選型方法及注意事項(xiàng)，為核電廠的儀表選型設(shè)計(jì)工作提供參考。
在核電廠中，過(guò)程檢測(cè)儀表是整個(gè)儀控系統(tǒng)與工藝過(guò)程的接口，儀表性能的優(yōu)劣直接影響到儀控系統(tǒng)的性能。諸類過(guò)程檢測(cè)儀表中，壓力變送器的應(yīng)用#廣泛、#普遍，主要用于檢測(cè)工藝系統(tǒng)的壓力、流量和液位，其中安全級(jí)壓力變送器為核電廠保護(hù)系統(tǒng)和事故后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供必需的信號(hào)，用于安全保護(hù)和事故后監(jiān)測(cè)。同時(shí)，嚴(yán)重事故管理所需的壓力變送器在嚴(yán)重事故工況下的可用性也關(guān)系到嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則中的嚴(yán)重事故管理策略在實(shí)際中能否真正實(shí)現(xiàn)。因此，正確、合理地選用壓力變送器對(duì)確保核電廠安全、可靠運(yùn)行十分重要。
一、壓力變送器的種類
壓力變送器的種類較多，根據(jù)不同的分類原則可分為如下類別。
(一)按照測(cè)量壓力類型。變送器可分為壓力變送器、差壓變送器和絕壓變送器。
(二)按照測(cè)量原理。核電廠常用的壓力變送器按照測(cè)量原理可以分為:電容式變送器、壓敏電阻式壓力變送器、電感位移壓力變送器以及力平衡式變送器。
(三)按照是否直接測(cè)量介質(zhì)。壓力變送器可分為基型變送器和帶遠(yuǎn)傳毛細(xì)管的法蘭變送器。
(四)按照?qǐng)?zhí)行的功能。按照儀表是否執(zhí)行安全功能可將核電廠的壓力變送器分為壓力變送器和非安全級(jí)壓力變送器，安全級(jí)壓力變送器要根據(jù)不同的鑒定要求進(jìn)行質(zhì)量鑒定以確保在需要時(shí)能夠正確執(zhí)行其功能。
二、壓力變送器設(shè)計(jì)的原則
核電廠的壓力變送器選型設(shè)計(jì)主要考慮以下原則:
一是滿足核電廠壓力變送器相關(guān)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)及質(zhì)量鑒定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求;
二是滿足工藝系統(tǒng)對(duì)該類型儀表的測(cè)量要求;
三是滿足核電廠執(zhí)行安全功能、安全分析、事故管理導(dǎo)則中對(duì)該類型儀表的特殊要求;
四是便于對(duì)儀表進(jìn)行安裝維護(hù);
五是考慮提高設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上盡可能選擇國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品;六是適應(yīng)后續(xù)電站設(shè)備改造的要求，盡量減少儀表的種類，方便維護(hù)。
三、壓力變送器的選型
核電站壓力、差壓變送器的選型通常根據(jù)該設(shè)備所執(zhí)行的功能、被測(cè)工藝介質(zhì)的類型、測(cè)量范圍、特性、安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能、經(jīng)濟(jì)性等方面來(lái)考慮，不僅滿足高可靠性、高穩(wěn)定性、高精度的要求，還要滿足保護(hù)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還必須滿足全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并考慮電站的運(yùn)行、維護(hù)要求。選型時(shí)應(yīng)具體考慮如下問(wèn)題。
(一)安全分級(jí)。
核電站的安全運(yùn)行主要取決于執(zhí)行安全功能的設(shè)備的可靠性。對(duì)于執(zhí)行緊急停堆、應(yīng)急堆芯冷卻、余熱排出、安全殼隔離、安全殼排熱及防止放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放這些安全功能的電氣設(shè)備，稱為安全(1E)級(jí)電氣設(shè)備。尤其對(duì)于安裝在核電站安全殼內(nèi)的核級(jí)差壓/壓力變送器，因工作在有輻照的環(huán)境條件中，并且要求在地震和事故工況下(如 LOCA 事故)保持其功能與性能，工作條件非常嚴(yán)酷。為使變送器在壽期內(nèi)保證在核電站正常運(yùn)行工況或者事故工況下經(jīng)受#苛刻的環(huán)境條件執(zhí)行規(guī)定的安全功能，必須使用經(jīng)過(guò)質(zhì)量鑒定合格的變送器產(chǎn)品。
其中對(duì)于部分需要將信號(hào)送往事故后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的儀表，應(yīng)按照 ＲCC － E 中關(guān)于 K1、K2、K3 級(jí)儀表的要求(部分可等效采用 IEEE － 323/344 的要求)選擇經(jīng)過(guò)質(zhì)量鑒定的儀表。同時(shí)考慮滿足電站的安全準(zhǔn)則，由于國(guó)產(chǎn)化的能力有限，部分 K1 類的儀表考慮國(guó)外公司具有核電供貨資格且有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品。
對(duì)于嚴(yán)重事故必須使用的壓力變送器，應(yīng)按照技術(shù)要求對(duì)變送器進(jìn)行質(zhì)量鑒定或者具有一定可信度的分析，以證明其能耐受?chē)?yán)重事故環(huán)境條件并在事故中及事故后可用。
(二)變送器類型及測(cè)量范圍。
根據(jù)工藝參數(shù)要求，被測(cè)壓力類型不同選擇相應(yīng)的壓力、差壓或者絕壓變送器，并且在選型時(shí)要考慮設(shè)備的工作壓力等級(jí)，變送器的工作壓力等級(jí)。所選變送器的量程在變送器的測(cè)量范圍內(nèi);所選變送器的量程在變送器的實(shí)際可使用的量程比范圍內(nèi);所選變送器的量程盡量接近變送器的#大量程。
在測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，一般壓力變送器的量程選擇接近或略大于正常壓力值的 1． 5倍;在測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，一般壓力變送器選擇接近或略大于正常壓力值的 2 倍，并考慮變送器的超量程過(guò)載能力;在測(cè)量泵出口壓力時(shí)，一般#大量程選擇接近泵出口的#大壓力值;在測(cè)量高壓壓力時(shí)，一般#大量程選擇應(yīng)大于#大壓力測(cè)量值的 1． 7 倍。測(cè)量范圍一定應(yīng)處在變送器的量程范圍內(nèi)，不得低于變送器的#小量程，尤其在差壓測(cè)液位的應(yīng)用中，要注意變送器遷移后的量程不應(yīng)超過(guò)變送器的#大量程(UＲL)，否則將無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。在選用差壓變送器時(shí)，應(yīng)考慮耐靜壓能力及靜壓對(duì)測(cè)量精度的影響。對(duì)于被測(cè)介質(zhì)是粘稠、易凝、易結(jié)晶或者高溫的情況，可以選擇遠(yuǎn)傳法蘭變送器。對(duì)于用于事故后監(jiān)測(cè)的安全殼地坑水位的連續(xù)測(cè)量，也選擇了單邊毛細(xì)管的遠(yuǎn)傳法蘭變送器。對(duì)于遠(yuǎn)傳法蘭壓力、差壓變送器，選擇毛細(xì)管長(zhǎng)度時(shí)，既要考慮安裝和維護(hù)的方便，又要考慮毛細(xì)管過(guò)長(zhǎng)對(duì)測(cè)量造成的影響，如溫度變化造成的輸出變化和相應(yīng)速度慢等不利因素。
(三)選擇合適的材質(zhì)。
根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的物理和化學(xué)性能，選擇變送器的接液部分(過(guò)程接口)和非接液部分、隔離膜片的材質(zhì)。與介質(zhì)接觸的部分，變送器材料應(yīng)符合 ＲCC 系列標(biāo)準(zhǔn)的要求，一般要求為采用奧氏體超低碳不銹鋼材料加工，目前常用的如 304L 或 316L(ASTM 標(biāo)準(zhǔn))，涉及到海水介質(zhì)的系統(tǒng)應(yīng)選擇耐腐蝕的哈氏合金 C。同時(shí)，要考慮核清潔度的要求，按照與一回路、注入一回路的介質(zhì)以及二回路流體、廢液貯罐的不同，執(zhí)行不同的清潔度要求。在實(shí)際選型過(guò)程中也會(huì)因變送器本身結(jié)構(gòu)的不同，有些特殊處理，例如變送器的泄放部分為針形閥，其中密封鋼球如果也采用316L，多次泄放操作后會(huì)對(duì)密封面不利，因此這種情況可以考慮采用材料為 316 的密封鋼球。
(四)運(yùn)行維護(hù)的要求。
壓力、差壓變送器選型一是要考慮控制通道要求，根據(jù)控制性能要求選用精度較高的儀表，其中用于試驗(yàn)儀表系統(tǒng)(KME)系統(tǒng)熱平衡計(jì)算的儀表，根據(jù)精度的要求，選用了精度(0． 025%)和性能更好的壓力差壓變送器。二是要考慮維護(hù)的方便性。考慮輻射防護(hù)分區(qū)，儀表應(yīng)布置在人員可達(dá)的區(qū)域，安裝在儀表架上方便維修和操作，滿足定期試驗(yàn)的要求和儀表校驗(yàn)要求。(五)其它注意事項(xiàng)。在壓力變送器的選型設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注意在安全準(zhǔn)則中，對(duì)于特殊測(cè)點(diǎn)的功能精度、響應(yīng)時(shí)間、事故后精度、一致性等要求。此外，儀表所處環(huán)境如有可燃和爆炸危險(xiǎn)氣氛的存在，則需要考慮防爆。有部分儀表在電氣設(shè)備分級(jí)清單中雖然為非安全級(jí)，但有地震情況下執(zhí)行功能的要求，或者安裝位置的輻射分區(qū)有一定輻照劑量，為保證儀表的長(zhǎng)期工作的測(cè)量精度及穩(wěn)定性，此類儀表在選型時(shí)通常考慮加做輻照老化并經(jīng)過(guò)抗震試驗(yàn)的壓力變送器。
四、結(jié)語(yǔ)
本文描述了核電廠常用壓力變送器的類型及設(shè)計(jì)原則，對(duì)選型設(shè)計(jì)中需考慮的問(wèn)題及特殊的注意事項(xiàng)進(jìn)行了歸納與總結(jié)，可用于核電項(xiàng)目的壓力儀表選型工作參考。
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