核電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)氣壓式壓差計(jì)的測(cè)量原理

郭建東

【摘 要】論文從介紹核電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)入手，詳述了氣壓式壓差計(jì)的運(yùn)行機(jī)理，并說明了日常運(yùn)行的定期檢測(cè)。

【Abstract】Starting from the introduction of the circulating water filtration system of nuclear power plant， the paper detailedly describes the operation mechanism of barometric differential pressure gauge， and introduces the regular inspection in its daily operation.

【關(guān)鍵詞】熱阱；定期檢測(cè)；氣壓式壓差計(jì)

【Keywords】 heat trap； periodic testing； barometric pressure differential gauge

【中圖分類號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）06-0135-02

1 引言

核電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要對(duì)機(jī)組所需使用的全部海水進(jìn)行過濾，以確保使用海水的系統(tǒng)和設(shè)備不會(huì)發(fā)生堵塞和生物腐蝕。循環(huán)水過濾系統(tǒng)包含細(xì)柵格、粗格柵等，細(xì)柵格是循環(huán)水過濾。系統(tǒng)三級(jí)過濾中的第二級(jí)，主要對(duì)經(jīng)過粗格柵過濾后的海水進(jìn)行第二次過濾，防止大塊漂浮物損傷旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。為保證細(xì)柵格的可用性，它們各自裝有一個(gè)固定式的垃圾耙。按時(shí)間順序或根據(jù)壓力損失進(jìn)行操作，每個(gè)垃圾耙斗組均裝有一個(gè)壓力壓差式探測(cè)器和一個(gè)超聲波式探測(cè)器。

2 概述

循環(huán)水過濾系統(tǒng)過濾的是核電廠的最終熱阱—海水，正常和各種事故工況下，保證一臺(tái)機(jī)組使用的全部海水進(jìn)行過濾，過濾過程中有兩個(gè)主要的設(shè)備是旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和攔污柵，氣壓式壓差計(jì)是用來監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和攔污柵的堵塞情況，每個(gè)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)裝有三個(gè)壓差計(jì)（兩個(gè)氣壓式和一個(gè)浮子式）測(cè)量上游和下游間的壓差（壓差大小反映濾網(wǎng)是否堵塞），同時(shí)根據(jù)壓差大小發(fā)出不同的信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的運(yùn)行。濾網(wǎng)轉(zhuǎn)筒安裝成與攔污格柵的平面相平行。要過濾的水從卷筒軸側(cè)流入，已過濾的水從濾網(wǎng)的外側(cè)流出。濾網(wǎng)轉(zhuǎn)筒領(lǐng)先一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和兩臺(tái)低速電動(dòng)機(jī)（其中一臺(tái)備用）或一臺(tái)中/高速電動(dòng)機(jī)供給動(dòng)力，繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)濾網(wǎng)轉(zhuǎn)筒帶有兩個(gè)氣壓式壓差計(jì)探測(cè)器以及一個(gè)靜壓式壓差計(jì)探測(cè)器，并傳信號(hào)至主控室。每個(gè)轉(zhuǎn)筒依靠一臺(tái)泵和一個(gè)壓力管線粗濾器進(jìn)行沖洗。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，粗濾器是自潔式的。

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的運(yùn)行與壓差的關(guān)系：

①壓差小于10cmH2O，低速運(yùn)行；

②壓差達(dá)到10cmH2O （3取1），延時(shí)5s中速運(yùn)行，低于10cmH2O（3取3），運(yùn)行6min30s切至低速；

③壓差達(dá)到20cmH2O（3取2），延時(shí)20s高速運(yùn)行，低于10cmH2O（3取3），運(yùn)行3min10s切至低速；

④壓差達(dá)到30cmH2O（3取2），延時(shí)5s向主控發(fā)出901AA報(bào)警；

⑤壓差達(dá)到50cmH2O（3取2），相應(yīng)的循環(huán)水泵CRF泵跳閘并向主控發(fā)出第二個(gè)報(bào)警。此時(shí)主控需要立即降功率至600MW，監(jiān)視冷凝器真空，據(jù)真空變化情況選擇停止降負(fù)荷；后續(xù)需要控制△I及在12h內(nèi)將G棒提出堆芯；若一列設(shè)備冷卻水泵RRI不可用（兩臺(tái)熱交換器不可用）則需要24h內(nèi)機(jī)組向RRA運(yùn)行條件的NS/SG模式后撤，機(jī)組記錄RRI5 IO1；若一列重要冷卻水泵SEC不可用，機(jī)組記SEC3 IO，緩解措施同上（需要24h內(nèi)機(jī)組向RRA運(yùn)行條件的NS/SG模式后撤）；聯(lián)系專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)故障并給出維修意見（是否可在線維修以及維修期限）。

3 氣壓式壓差計(jì)基本原理

氣壓式壓差計(jì)的工作由兩個(gè)對(duì)稱測(cè)量單元完成。測(cè)量單元的原理是：利用液面下同一深度的靜壓力處處相等。如圖1，由于空氣密度很?。ê雎圆挥?jì)），則減壓閥后空氣管內(nèi)的壓力均為P。

P=P′=ρgh，式中

h為被淹沒的空氣管的深度；P為空氣管內(nèi)壓力；P′深度h處壓力；ρ液體密度；g重力加速度

對(duì)一定的液體，ρ、g為一定，因此壓力P與液位h成正比關(guān)系，通過測(cè)得壓力P 。進(jìn)而測(cè)出濾網(wǎng)上、下游間的壓差。

以下圖2所示壓差計(jì)為例進(jìn)行說明：

設(shè)備組成主要包括：一個(gè)差壓指示器（422LP）、一組探頭（紅色的探頭用于上游，白色的探頭用于下游）、一個(gè)空氣進(jìn)口閥（214VA）、裝有氣壓計(jì)的一個(gè)空氣減壓閥（224VA）、兩個(gè)流量調(diào)節(jié)器、兩個(gè)綜合管（將兩個(gè)探頭連接到差壓開關(guān)空氣回路中）、一組差壓開關(guān)（302/312/322/332SP）。另外在就地控制電器柜上裝有一個(gè)模擬發(fā)送器（441/442MP）和一個(gè)“自動(dòng)控制”按鈕（155TO/156TO）。155TO/156TO是用于第一水位失壓模擬。從SAR來的壓縮空氣從空氣進(jìn)口閥214VA進(jìn)入，經(jīng)空氣減壓閥224VA減壓到2bar，分兩管（紅管和白管）分別經(jīng)兩個(gè)帶小球指示的流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空氣流量相等后連接到旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)上、下游的探頭管。探頭管固定在水中，根據(jù)P=ρgh，上、下游水位的不同，則P不相等，探頭管中的空氣壓力不一樣，即可測(cè)出其壓差。在流量調(diào)節(jié)器出口分別接有紅、白色的綜合管，將探頭連接到差壓開關(guān)空氣回路中，綜合管上接有422LP/442MP，分別是顯示和發(fā)送壓差信息，四個(gè)差壓開關(guān)（302/312/322/332SP）各自設(shè)置不同的閥值，分別是第一水位10cmH2O， 第二水位20cmH2O， 第三水位 30cmH2O，第四水位 50cmH2O，當(dāng)壓差達(dá)到上述值時(shí)，相應(yīng)的SP動(dòng)作。

4 定期檢測(cè)

為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，在核電廠的日常運(yùn)行中要進(jìn)行定期檢查和定期試驗(yàn)。定期檢查主要是檢查供氣壓力正常（氣壓計(jì)讀數(shù)是否為2bar），檢查兩個(gè)流量調(diào)節(jié)器的讀數(shù)是否相同（正常值為“6”），壓差指示值（LP）是否正常，被監(jiān)控設(shè)備處于自控狀態(tài)等。定期試驗(yàn)是檢查差壓開關(guān)的功能是否良好，用人工模擬旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)上下游不同的壓差，試驗(yàn)壓差開關(guān)和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的運(yùn)行符合要求，具體是慢慢地調(diào)節(jié)上游探頭（紅管）流量調(diào)節(jié)器的旋鈕，使流量增加，從而增大紅管的壓力，當(dāng)壓差達(dá)到10cmH2O、20cmH2O、30cmH2O時(shí)，SP分別動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)切換到不同的運(yùn)行方式。此外，發(fā)現(xiàn)測(cè)量管線堵塞，應(yīng)及時(shí)寫工作申請(qǐng)，要求吹掃。以某核電廠為例，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)壓差的主要定期試驗(yàn)有：旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的自動(dòng)操作控制；旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)壓頭損失高1水位試驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)壓頭損失高2與高3水位試驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)壓頭損失高4水位試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容主要是通過操作壓差計(jì)，來模擬旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)兩側(cè)水位差高信號(hào)，觸發(fā)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)自動(dòng)轉(zhuǎn)速切換、報(bào)警或跳閘循環(huán)水泵等信號(hào)，從而驗(yàn)證壓差計(jì)發(fā)出的高報(bào)警信號(hào)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的自動(dòng)動(dòng)作信號(hào)、主控室報(bào)警信號(hào)都正確。

5 結(jié)語

氣壓式壓差計(jì)的正常運(yùn)行可以確保循環(huán)水過濾系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的正常運(yùn)行。鑒于旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運(yùn)行的核安全要求，對(duì)壓差計(jì)的技術(shù)規(guī)格要求很高。隨著現(xiàn)代技術(shù)不斷推陳出新，壓差計(jì)的技術(shù)也將取得進(jìn)步。例如原來核電廠旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)還有一種差聲波液位計(jì)，根據(jù)電廠運(yùn)行實(shí)踐反饋經(jīng)常因?yàn)樗娲嬖谂菽仍蚨`發(fā)高液位信號(hào)，因此經(jīng)過技術(shù)分析改造成靜壓式液位計(jì)，不修改定值，不變更控制與保護(hù)。