淺談2MX2AHP高壓加熱器液位測(cè)量改造的可行性

扈新鵬

中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司　浙江嘉興　314303

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淺談2MX2AHP高壓加熱器液位測(cè)量改造的可行性

扈新鵬

中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司浙江嘉興314303

針對(duì)秦山核電一期工程方家山核電項(xiàng)目常規(guī)島2MX2AHP高壓加熱器運(yùn)行狀況，對(duì)液位測(cè)量差壓變送器測(cè)量液位過(guò)程中所遇到的假液位、液位波動(dòng)、啟機(jī)時(shí)液位正壓室無(wú)液等問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)分析，建議采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代差壓變送器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

高壓加熱器； 差壓變送器； 導(dǎo)波雷達(dá)； 液位計(jì)

1　工程概況

高壓給水加熱器系統(tǒng)的功能是利用汽輪機(jī)高壓缸抽汽加熱高壓給水，并接受第一級(jí)和第二級(jí)再熱器疏水和排汽，以提高回?zé)嵯到y(tǒng)的效率。高壓給水加熱器系統(tǒng)位于常規(guī)島汽輪機(jī)廠房+0.00m層，由并列的兩列(HPA列和HPB列)高壓給水加熱器組成，每列高壓給水加熱器組由一臺(tái)HP6高壓給水加熱器和一臺(tái)HP7高壓給水加熱器串聯(lián)組成。高壓給水加熱器為臥式表面凝結(jié)型換熱器，以額定工況(TMCR)參數(shù)進(jìn)行換熱面積設(shè)計(jì)。其流程包括給水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、放汽系統(tǒng)和卸壓系統(tǒng)。

2　高壓給水加熱器液位測(cè)量方式

在核電站設(shè)計(jì)要求中，高壓給水加熱器液位測(cè)量的是實(shí)際液位，目前大多數(shù)設(shè)計(jì)中采用平衡容器與差壓變送器進(jìn)行測(cè)量。而高壓給水加熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及負(fù)壓工作環(huán)境給測(cè)量方案帶來(lái)了挑戰(zhàn)。方家山1#、2#機(jī)組高壓給水加熱器液位測(cè)量系統(tǒng)均采用液位變送器及液位開(kāi)關(guān)配合測(cè)量的方式進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和保護(hù)動(dòng)作，現(xiàn)對(duì)2#機(jī)組6、7號(hào)高壓給水加熱器系統(tǒng)液位技術(shù)進(jìn)行改造，采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)取代差壓變送器，測(cè)量結(jié)果顯著優(yōu)于差壓式變送器的測(cè)量結(jié)果。

對(duì)6、7號(hào)高壓給水加熱器系統(tǒng)液位測(cè)量設(shè)備的液位進(jìn)一步分析，如圖1所示，高壓給水加熱器裝置就是一個(gè)換熱器，作用是將汽輪機(jī)高壓缸做完功的蒸汽再次利用，對(duì)二回路中的高溫高壓沸水再次加熱，進(jìn)入高壓給水加熱容器中的蒸汽被冷凝為水后輸送至除氧器，加熱后的二回路水再進(jìn)入蒸發(fā)器換熱。該高壓給水加熱器裝置加熱量的大小、液位的高低均關(guān)系到凝結(jié)水量的多少，所以如何正確檢測(cè)高壓給水加熱器系統(tǒng)的液位高低，并控制高壓給水加熱器系統(tǒng)上部的進(jìn)汽量，是確保高壓給水加熱器系統(tǒng)正常工作、保持正常生產(chǎn)的有效措施。但是此高壓給水加熱器系統(tǒng)檢測(cè)方法與一般的不同，如圖2所示，即差壓變送器的正、負(fù)壓室和取壓點(diǎn)的連接不同，正壓室接至換熱器上部，負(fù)壓室接至換熱器下部。

圖1　高壓給水加熱器系統(tǒng)工作原理圖

圖2　高壓給水加熱器流程圖

靜壓方程式為：

ΔP=P+-P-=hρ-Hρ=(h-H)ρ

(1)

P+=(h+h1)ρ+Pq

(2)

P-=(H+h1)ρ+Pq

(3)

式中：ρ為被測(cè)介質(zhì)水的密度；Pq為飽和蒸汽密度；H為最低水位基準(zhǔn)的水位高度；h為容器內(nèi)水位最大測(cè)量范圍；h1為容器底部引壓管至差壓變送器之間水位高度。

由式(1)可以看出，H↑→ΔP↓,說(shuō)明此種液位測(cè)量是反向連接，可供調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)之用，但這種連接方法往往給操作人員錯(cuò)誤的感覺(jué)。液位二次表指針上升時(shí)，恰好是換熱器液位下降。進(jìn)一步分析如下：

當(dāng)H=0時(shí)，ΔP=hρ,儀表顯示值為最大，屬于零液位；當(dāng)H=h時(shí)，ΔP=0，儀表顯示值為零，屬于滿液位。此儀表的量程為(0～hρ)Pa，由ΔP=P+-P-=hρ-Hρ可以看出，固定壓差hρ為正值，則為正遷移，其遷移量為hρ值。

方家山核電CPR1000 2#機(jī)組6、7號(hào)高壓給水加熱器液位測(cè)量采用平衡容器配差壓變送器測(cè)量，是具備自我補(bǔ)償能力的液位測(cè)量裝置。

3　液位測(cè)量存在的問(wèn)題

3.1液位測(cè)量問(wèn)題

由于高壓給水加熱器系統(tǒng)液位測(cè)量使用Rosemount 3051型差壓式變送器，變送器正向?qū)汗芷胶馊萜鲀?nèi)的水分由于在機(jī)組停機(jī)后被放水或被蒸發(fā)，造成機(jī)組在啟動(dòng)初期的液位測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。這就需要檢修維護(hù)人員在啟動(dòng)前向正向?qū)汗芷胶馊萜鲀?nèi)灌水，會(huì)在導(dǎo)壓管內(nèi)部殘留氣泡，使液位測(cè)量不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)的換熱效果。這樣不僅影響了系統(tǒng)的整體投入時(shí)間，更為機(jī)組安全運(yùn)行留下隱患。

3.2高壓給水加熱器系統(tǒng)容器的壓力變化影響液位測(cè)量的準(zhǔn)確性

因?yàn)楦邏航o水加熱器系統(tǒng)正壓室(汽側(cè))工作在負(fù)壓區(qū)，一旦有漏汽點(diǎn)吸入空氣就將導(dǎo)致高壓給水加熱器系統(tǒng)正壓室(汽側(cè))蒸汽壓力下降，對(duì)應(yīng)的飽和溫度下降，凝結(jié)在平衡容器正壓管內(nèi)的凝結(jié)水少量蒸發(fā)或被負(fù)壓吸走，使變送器正壓側(cè)靜壓力減小。這樣使變送器測(cè)得的差壓值變小，測(cè)量液位值就會(huì)變大，出現(xiàn)虛假液位，引起高壓給水加熱器系統(tǒng)內(nèi)部壓力急降，進(jìn)而使平衡容器液位值顯示偏高且波動(dòng)大，從而引起液位調(diào)節(jié)閥誤動(dòng)作。

綜合以上兩點(diǎn)，說(shuō)明差壓變送器在此系統(tǒng)中，不能夠準(zhǔn)確測(cè)量系統(tǒng)工況變化時(shí)的液位，所以采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)代替差壓變送器來(lái)測(cè)量高壓給水加熱器系統(tǒng)的液位。

4　導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理及特性

4.1導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理

導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器運(yùn)用了TDR原理(時(shí)域反射原理),TDR發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁脈沖波,當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)(空氣或蒸發(fā)氣)介電常數(shù)大的液體表面時(shí),脈沖波會(huì)被反射。用超高速計(jì)時(shí)電路來(lái)計(jì)算脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間t,從而計(jì)算出電磁脈沖波傳輸距離s=vt,進(jìn)而達(dá)到精確的液位測(cè)量[1]。

4.2導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的性能

導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器采用一個(gè)波導(dǎo)體(探頭)傳播電磁波能量,所以它既具有雷達(dá)液位儀的全部性能，又有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

4.3性能不受工藝條件影響

介質(zhì)的密度和介電常數(shù)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果均無(wú)影響,霧氣和泡沫對(duì)測(cè)量結(jié)果也無(wú)影響。這是由導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理決定的[2]。它通過(guò)測(cè)量雷達(dá)波束的傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量液位,介電常數(shù)不同,反射傳輸?shù)臅r(shí)間是一樣的,不同的只是傳輸信號(hào)的強(qiáng)度。信號(hào)在導(dǎo)波管內(nèi)傳播,避免了雜散信號(hào)的干擾[1]。介質(zhì)密度的變化僅影響導(dǎo)波桿在所測(cè)介質(zhì)中所受到的浮力,導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器僅需測(cè)量電磁波的傳輸時(shí)間即可,無(wú)須信號(hào)處理和辨別。

4.4調(diào)校效率高

由于電磁波是恒定的,編程組態(tài)時(shí),只需輸入量程等相關(guān)參數(shù),不需要任何遷移來(lái)改變量程,也不需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，這樣大大提高了調(diào)校儀表的效率。

4.5安裝維護(hù)方便

探頭與變送器之間的安裝更為簡(jiǎn)便,而且能更好地滿足將來(lái)的任何維修需要。

5　導(dǎo)波雷達(dá)變送器的外置測(cè)量筒式安裝

導(dǎo)波雷達(dá)變送器可選用頂部安裝和外置測(cè)量筒式安裝兩種方式。在高壓給水加熱器部位的導(dǎo)波雷達(dá)變送器，采用的是外置測(cè)量筒式安裝，如圖3所示。測(cè)量筒一般根據(jù)設(shè)計(jì)提出的液位測(cè)量范圍來(lái)生產(chǎn)，測(cè)量筒上下連接的中心距即是由設(shè)計(jì)提出的液位測(cè)量量程范圍，另外在上下連接口中心距的范圍內(nèi)，還可以通過(guò)變送器來(lái)組態(tài)所需要的量程范圍[3]。

圖3　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的安裝方式

5.1測(cè)量筒的設(shè)計(jì)和制作

測(cè)量筒的類型有兩種： 頂部為法蘭和頂部為內(nèi)螺紋。當(dāng)導(dǎo)波桿安裝在測(cè)量筒上時(shí)，導(dǎo)波桿需要足夠長(zhǎng)，直至下連接口以下，并且測(cè)量筒的材質(zhì)需根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力來(lái)確定。

5.2容器液位測(cè)量的量程確定

熱控專業(yè)根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)容器液位測(cè)量?jī)x表，基本上有兩種測(cè)量要求，如圖4所示： 一是只要測(cè)量整個(gè)容器的局部某一段，二是需要測(cè)量整個(gè)容器的全量程。6、7號(hào)高壓加熱器采用第一種安裝方式——局部測(cè)量法。

圖4　雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量方式

5.3測(cè)量筒與容器的連接

首先要確定容器液位測(cè)量實(shí)際量程(對(duì)于局部液位測(cè)量方式非常重要)，然后將測(cè)量筒上下連接口的中間部分與容器的液位測(cè)量實(shí)際量程對(duì)齊。如果是局部測(cè)量方式，測(cè)量筒的上下連接口中心距大于容器的液位實(shí)際量程，則只要求測(cè)量筒上下連接口的中間部分能夠覆蓋容器的液位實(shí)際量程就可以了。

根據(jù)控制要求，電廠的容器液位測(cè)量有安裝單臺(tái)和多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的不同方案。對(duì)于單臺(tái)變送器的安裝，可以直接與正負(fù)導(dǎo)壓管連接。如果要安裝多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器，則需要從容器處引出兩根母管，多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的各個(gè)測(cè)量筒再與母管連接。

5.4液位調(diào)節(jié)及保護(hù)優(yōu)化

2#機(jī)組6、7號(hào)高壓加熱器的每個(gè)加熱器上有3個(gè)液位檢測(cè)點(diǎn),3選中(在3個(gè)測(cè)量結(jié)果中，選擇中間值)后參與液位自動(dòng)調(diào)節(jié)。在不改變邏輯的同時(shí)，直接代替3個(gè)差壓變送器，準(zhǔn)確的液位測(cè)量結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免了運(yùn)行中出現(xiàn)虛假液位、液位值顯示偏高或波動(dòng)、液位調(diào)節(jié)閥誤動(dòng)作的現(xiàn)象，并優(yōu)化了工況的穩(wěn)定性。同時(shí)，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性會(huì)有明顯提高。

6　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2#機(jī)組6、7號(hào)高壓加熱器液位改造，經(jīng)過(guò)近1a時(shí)間的安全運(yùn)行，得出以下結(jié)論： 進(jìn)行技改后6、7號(hào)高加水位均可更精確地進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，避免了人為調(diào)整不及時(shí)、虛假液位閥門(mén)誤動(dòng)作等，避免空液、滿水造成汽輪機(jī)進(jìn)水的重大事故發(fā)生，同時(shí)由于液位控制在標(biāo)準(zhǔn)水位附近，避免了汽液兩相流沖刷事故，提高了疏水及正常疏水閥門(mén)、管道設(shè)備的安全性。由此可以得出，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器是一種性能可靠的液位測(cè)量?jī)x表,維修量小,性能價(jià)格比高,必將得到更廣泛的應(yīng)用。

[1] 周來(lái)媛.導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)的信號(hào)處理及應(yīng)用分析[D].重慶： 重慶大學(xué)，2012.

[2] 魏偉.國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組7、8號(hào)低加疏水異常分析及對(duì)策[J].青海電力，2007，26(2)：53-57.

[3] 崔小勁，劉會(huì)兵，劉玲.電廠用物位計(jì)的種類及其運(yùn)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2010(6)： 76-78.

Aiming at operating conditions of 2MX2AHP high pressure heater at Fangjiashan nuclear power conventional island of Qinshan nuclear power project phase one, a technical analysis was conduced on false level and level fluctuations encountered during liquid level measuring process operated by differential pressure transmitter for level measurement, and on the issue of no liquid in positive pressure room when starting up, and it was recommended to use guided wave radar liquidometer to replace the differential pressure transmitter for the measurement.

High Pressure Heater； Differential Pressure Transmitter； Guided Wave Radar； Liquidometer

2015年9月

扈新鵬(1984—)，男，本科，工程師，主要從事核電熱工儀表檢維修工作，

E-mail： dapeng0818@163.com

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1674-540X(2016)01-045-04