AP1000 WLS脫氣塔液位測量故障與對策

劉 馳,王 宇2,馬中杰,王 彬

(1.國核工程有限公司,上海 200233；2.三門核電有限公司,浙江 三門 317112)

AP1000核電廠放射性廢液系統(tǒng)采取真空脫氣技術(shù),將放射性氣體從液體中分離。一回路下泄的冷卻劑從脫氣塔頂部經(jīng)噴淋頭噴出,在真空泵負(fù)壓的作用下,放射性氣體從液體中分離,進(jìn)入放射性廢氣系統(tǒng),液體則通過排水泵打入暫存箱。

AP1000核電廠脫氣塔液位采用差壓式液位測量設(shè)計,該測量方式屬于接觸式液位測量,在核電廠有著廣泛的應(yīng)用。

1 測量原理

脫氣塔液位測量示意圖如圖1所示,液位變送器LT001引壓管高壓側(cè)(引壓管A)接自罐體底部,正常測量時充滿水；低壓側(cè)(引壓管B)接自罐體中部,正常測量時也充滿水。壓力變送器PT001引壓管在罐體頂部,引壓管內(nèi)為氣體。

脫氣塔滿液位設(shè)為H,實測液位設(shè)為h,變送器輸入差壓公式為：

ΔP=P(h+h1)-P(H+h1)=Ph-PH

(1)

當(dāng)h=0時,由公式(1)可得變送器輸出壓力：

ΔP=-PH=-ρgH

其中,ρ為水密度;g為重力加速度。下同,對應(yīng)變送器零液位輸出4 mA DC。

圖1 脫氣塔相關(guān)接口及設(shè)備布置圖Fig.1 Layout of related interfaces and component of the degasifier

當(dāng)h=H時,由公式(1)可得變送器輸出壓力：

ΔP=0

對應(yīng)變送器滿量程輸出20 mA DC,儀表設(shè)定的差壓范圍是-ρgH ～0。

2 問題描述

WLS系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn),脫氣塔真空泵運行一段時間后,LT001在主控室顯示壞點(壞點指該點信息在主控丟失,原因主要為信號中斷或超量程測量),導(dǎo)致無法正常監(jiān)視參數(shù),試驗被迫中止。

3 原因分析及解決方案

儀表接線檢查正常,對引壓管拆開檢查時發(fā)現(xiàn)引壓管B內(nèi)液位明顯下降,記為H1。變送器所測差壓ΔP=Ph-PH1,當(dāng)h大于H1時,ΔP大于0,超出儀表量程上限,儀表顯示壞點。

對引壓管B內(nèi)液位下降進(jìn)行原因分析,發(fā)現(xiàn)真空泵運行時,當(dāng)脫氣塔內(nèi)壓力位于0.003～0.006 MPa(絕對壓力)之間,該壓力下水沸點降到約25 ℃。電廠正常運行時下泄液體溫度范圍為40～60 ℃,引壓管B內(nèi)的水此時將沸騰,液位必然下降。

為了解決引壓管B內(nèi)液位下降的問題,調(diào)試工程師分析可以將B管排空,并對儀表做量程遷移以消除變送器安裝高度的影響,其中h1是液位0點與變送器位置的高差,變送器輸入差壓公式變?yōu)椋?/p>

ΔP=P(h+h1)

(2)

當(dāng)h=0時,變送器輸出壓力：

ΔP=Ph1=ρgh1

(3)

對應(yīng)輸出4 mA DC,液位對應(yīng)為0。

當(dāng)h=H時,變送器輸出壓力：

ΔP=P(H+h1)=ρg(H+h1)

(4)

對應(yīng)輸出20 mA DC,液位對應(yīng)為滿量程H。

對比公式(2)和(1),可以計算出量程遷移量P′：

P′=ρg(H+h1)

(5)

完成引壓管排空并對變送器進(jìn)行量程遷移后,真空泵多次啟動,主控室不再顯示壞點,脫氣塔液位測量正常。

4 新的問題分析

機組熱試過程中,當(dāng)進(jìn)行一回路下泄?fàn)顟B(tài)下,啟動真空泵脫氣運行工況試驗時,發(fā)現(xiàn)脫氣塔液位很快在主控室顯示壞點。通過檢查,發(fā)現(xiàn)引壓管B水位異常上升,接近滿管,此時變送器液位輸入差壓為：

ΔP=P(h+h1)-P(H1+h1)=P(h-HX)=ρg(h-H1)

(6)

其中H1+h1為引壓管B內(nèi)增長的水位。

對比(3)和(6),

當(dāng)h-H1小于h1時,超出儀表測量下限,引發(fā)主控室顯示壞點。

進(jìn)一步查找引壓管B進(jìn)水原因,發(fā)現(xiàn)在下泄過程中,脫氣塔上部的噴淋頭會將水散布在脫氣塔內(nèi),不可避免的一部分水將濺入引壓管B內(nèi),逐漸積累使管內(nèi)液位上升。

5 進(jìn)一步改進(jìn)方案評估和執(zhí)行

為了解決上述問題,保證脫氣塔液位測量正常準(zhǔn)確,擬采用以下三種改造方案。

5.1 改造方案A

考慮更換儀表選型,換成非接觸式或其他類型液位變送器。

此方案最大缺點是需重新設(shè)計制造并安裝儀表,周期較長,而機組熱試工期緊湊,時間上不允許,且也不能保證在真空脫氣及高放射性的工況下,新的測量儀表能正常工作、準(zhǔn)確測量。

5.2 改造方案B

引壓管B下方設(shè)計一個冷凝集液罐,定期排水以保證測量正常。該方案實施簡單,可立即執(zhí)行。但卻存在如下缺點：

1)無法預(yù)知引壓管B內(nèi)的液位狀況,排水周期不知,當(dāng)排空不及時則將造成液位測量不準(zhǔn)。

2)排水需手動操作,機組功率運行期間,下泄流具有高放射性,這將大大增加操作人員的輻照劑量,有輻射風(fēng)險,且變送器也可能受到輻射污染的危險。

5.3 改造方案C

鑒于熱試期間,脫氣塔壓力變送器PT001一直工作正常,故本方案考慮將液位變送器引壓管B搭接到脫氣塔上部的PT001引壓管上,與其共用一根引壓管,以避免進(jìn)水的問題。

5.4 方案執(zhí)行

通過綜合考慮,方案C可行性極高,決定選用該方案。為防止水蒸汽凝結(jié)進(jìn)入引壓管B內(nèi),造成儀表測量不準(zhǔn),方案執(zhí)行過程中將PT001引壓管從上方傾斜接至脫氣塔,凝結(jié)水將不會流入引壓管內(nèi)而是回流脫氣塔。

改造后在整個熱試中LT001運行平穩(wěn),沒有再出現(xiàn)壞點。長期運行后,檢查引壓管B內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)進(jìn)水情況,改造成功。

6 結(jié) 論

本文論述了差壓式液位變送器測量近真空罐體內(nèi)液位時所發(fā)生的一些問題,通過計算分析問題誘因,并通過一系列舉措(低壓側(cè)排水、量程遷移、低壓側(cè)引壓管接口位置改變等),最終解決了問題。希望此次問題解決與應(yīng)對措施,能對后續(xù)此類液位測量的設(shè)計、安裝、調(diào)試起到一定作用與參考。