實驗快堆電廠除氧器水位測量偏差分析

谷春星 安月華

[摘 ? ?要] 針對中國實驗快堆三回路除氧器三種水位計測量值相差較大的缺陷異常處理過程，通過對三種水位計的結構和測量原理分析，

得出造成各水位計測量值相差較大的原因，并提出提高水位測量精度的辦法。

[關鍵詞]中國實驗快堆;除氧器;水位計

[中圖分類號]TM62 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]In this paper， aiming at the abnormal treatment process of the big difference in the measured values of three kinds of water level gauges in the three loop deaerator of China experimental fast reactor， through the analysis of the structure and measurement principle of the three kinds of water level gauges， the reasons for the big difference in the measured values of each water level gauge are obtained， and the methods to improve the accuracy of water level measurement are put forward.

[Keywords]China experimental fast reactor; deaerator; water level gauge

中國實驗快堆三回路除氧器在反應堆啟動前對三回路給水進行加熱、除氧，并在反應堆運行期間儲存并提供足夠量的合格除鹽水，反應堆啟動、運行和停堆冷卻期間，除氧器水溫依靠啟動鍋爐蒸汽或核蒸汽維持在190 ℃的飽和溫度。

1 除氧器參數(shù)監(jiān)測儀表

除氧器設有溫度監(jiān)測、壓力監(jiān)測、水位監(jiān)測儀表，出于反應堆安全可靠性排熱要求，水位監(jiān)測儀表既參與反應堆保護，也參與除氧器水位調節(jié)，水位監(jiān)測設有就地儀表1臺，水位調節(jié)儀表

1臺，反應堆保護儀表6臺。就地儀表為磁翻轉水位計，引入三回路計算機監(jiān)控系統(tǒng)的水位計為壓差變送器，引入保護系統(tǒng)的6臺水位儀表為壓差變送器，6臺壓差變送器分為兩組，每組3臺壓差變送器共用一套引壓管。因此除氧器的8臺水位計與除氧器水箱共有四套接管。保護系統(tǒng)的6臺壓差變送器兩套接管位于除氧器南罐體兩側，另外兩臺水位計兩套引壓接點位于除氧器北罐體量側，各接點位置如圖1所示。

2 除氧器水位儀表的測量原理

除氧器的三種水位計，分別是就地磁翻轉水位計、可調量程差壓變送器和不可調量程差壓變送器。

2.1 就地磁翻轉水位計

該水位計采用連通器原理，磁翻轉水位計上下端接管分別與除氧器上的兩個水位測量接口連接，下部接口位于除氧器除氧水箱底部，上部接口位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的較高位置，水側接管、汽側接管和水位計圓柱筒（浮筒）形成一個連通器，浮筒內有一磁性浮子，浮子漂浮在水面上。根據(jù)連通器原理，若除氧水箱和水位計浮筒內水密度相同，浮筒內的水面與除氧水箱水面處于同一高度，在浮筒外有用于指示水面位置的紅/綠雙色磁鐵（旗板），旗板隨著位于水面的浮子的上下移動而翻轉，紅綠交界位置即水面位置。

2.2 可調量程差壓變送器

差壓變送器的兩個引壓管分別與除氧器上的水側和汽側接口連接，水側接口（下部）位于除氧器除氧水箱底部，汽側接口（上部）位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的較高位置。因汽側水蒸氣為可凝氣體，因此汽側的引壓管內測量時需充滿水，作為差壓變送器的高壓側，該側引壓管水柱高度不變，作為壓力比較端;水側引壓管作為低壓側接入差壓變送器。該差壓變送器標稱測量壓差為0～30 kPa，對應輸出電流4～20 mA，因該除氧器水位測量要求為0～2 400 mm，因此，儀表調整為0～24 kPa，對應輸出電流4～20 mA。

2.3 固定量程差壓變送器

該差壓變送器接入和測量原理與可調量程差壓變送器一致。該差壓變送器標稱測量壓差為0～30 kPa，對應輸出電流4～20 mA。其汽側和水側引壓管高度差為水位量程2 400 mm，因其量程不可調節(jié)，所以在該系統(tǒng)中差壓變送器最高壓差為高壓側（壓力比較端）充滿水，低壓側（水側）為空時，此時差壓為2 400 mm水柱的壓力，即24 kPa，對應輸出電流16.8 mA。因此，該測量信號的二次轉換與3.2節(jié)差壓變送器對應關系不同。

3 水位測量儀表測量偏差產生原因

在實際測量中發(fā)現(xiàn)，上述三種水位計測量液位值偏差較大，就地液位顯示最高，固定量程差壓變送器液位最低，相差100 mm以上。引起測量偏差較大的原因有以下幾點。

3.1 除氧器安裝水平度影響

除氧器水箱在長度方向上安裝水平度偏差的影響，因水箱右側安裝位置偏低，導致除氧器右側實際液柱高度比左側液柱高度大，因此這也導致除氧器左右兩側的水位計測量值產生相應的偏差，安裝水平度偏差1°將導致左右兩側水位高度差17.45 mm/除氧器長度每米。除氧器水箱圓周方向安裝水平度偏差也會產生相同影響。

3.2 水位計及連接/引壓管安裝誤差影響

磁翻轉水位計顯示水位為實際液面位置，因此，水位計如果安裝位置偏高，將導致測量水位值變小，安裝位置偏低將導致測量水位值變大。該安裝偏差可以通過上下移動磁翻轉水位計的刻度尺實現(xiàn)水位修正。

差壓變送器引壓管安裝誤差的影響。若高壓側引壓管相對高度（低壓側引壓管除氧水箱的接口）大于2 400 mm，對于不可調量程的差壓變送器（壓差量程0～30 kPa，對應4～20 mA），在實際水位為0時，差壓變送器輸出電流變大，即二次轉換的水位顯示值偏低，反之水位顯示值偏高。

3.3 水溫度變化影響

（1）對于磁翻轉水位計，水位計圓柱筒（浮筒）處于除氧器房間環(huán)境中，該浮筒上下兩端與除氧器水側和汽側相通，水位穩(wěn)定時浮筒內水柱溫度只受自然對流傳熱影響和環(huán)境溫度影響;水位波動時，除氧器水箱與浮筒內水頻繁交換，此時二者溫差變小。無論上述哪種情況，浮筒內水溫均低于除氧器水箱水溫，根據(jù)連通器原理，浮筒內水面低于除氧器水箱水面，因此，磁翻轉水位計在除氧器正常運行工況下其測量值偏低，水位越穩(wěn)定，二者溫差越大、測量水位偏差越大。

（2）對于差壓變送器，測量壓差可由下式表示：

式（1）中：P3為高壓側引壓管水面上的氣壓，P2為除氧器汽空間與高壓側引壓管水面同一高度上的氣壓，二者相等。因此，可簡化為公式（2）：

除氧器水位二次儀表轉換程序中，差壓值與水位是一一對應的，轉換中沒有考慮除氧器溫度和高壓側引壓管溫度變化，轉換時認為ρ1和ρ3相等，均為除氧器正常穩(wěn)定運行工況飽和溫度對應的水的密度。

除氧器冷態(tài)時除氧器內為過冷水，ρ2很小，ρ1和ρ3相等，因此測量水位偏差較小。

除氧器正常穩(wěn)定運行期間，除氧器內為飽和狀態(tài)，氣壓和水溫變化較小，因此ρ1和ρ2變化較小;高壓側引壓管內水溫受環(huán)境影響較大，環(huán)境溫度與除氧器房間設備運行工況及房間通風情況有關，ρ3接近環(huán)境溫度，ρ1和ρ3相差較大，水位測量偏差也變大。

以本文引入保護系統(tǒng)的差壓變送器為例，高壓側、低壓側引壓管高度差2 400 mm，量程0～30 kPa，輸出4～20 mA，經查計算機監(jiān)控程序，儀表二次轉換關系為：4～20 mA對應3 059～0 mm水位。該轉換關系是基于除氧器和儀表引壓管水密度均為1 g/cm3計算得出的。因除氧器正常運行時水溫190 ℃，而儀表引壓管處于房間環(huán)境中，水不循環(huán)，因此引壓管水溫更接近環(huán)境溫度，變送器測量誤差因此產生。

以高壓側引壓管溫度30 ℃、50 ℃，除氧器水溫190 ℃穩(wěn)定運行時為例，計算實際水位與儀表顯示水位。

在實際水位為0 mm時，因儀表高壓側引壓管水密度小于1 g/cm3，導致儀表顯示水位均大于0 mm;而實際水位達到2 400 mm時，因除氧器水密度低于高壓側引壓管水密度，導致其測量水位低于2 400 mm。因二次儀表轉換關系未考慮水溫變化影響，導致儀表顯示水位與實際水位偏差較大。

磁翻轉水位計因其浮筒上下兩端與除氧器水側和汽側相通，浮筒內水與除氧水箱的水會有一定熱量交換，該溫差小于差壓變送器兩側溫差，因此，高溫時磁翻轉水位計顯示值比差壓變送器顯示值更接近實際水位。

3.4 減小測量誤差措施

針對上述測量誤差產生原因，在無法改變除氧器和儀表引壓管狀態(tài)下，可以通過二次表進行調整。在測量好安裝誤差后，將磁翻轉水位計的水位標尺向上或向下移動安裝偏差，對于差壓變送器可以通過二次轉換關系直接進行計算補償。但此時會導致水位高點或低點產生一定范圍的測量盲區(qū)。

對于因儀表引壓管或浮筒內水溫與除氧器水溫偏差導致測量誤差，可以改變儀表引壓管或浮筒結構形式來盡量消除水溫偏差。對于差壓變送器，可以將引壓管溫度、除氧器溫度等引入二次儀表，水位轉換時應考慮相關溫度變化導致的密度變化。

4 結束語

綜上所述，除氧器水位儀表測量結果的準確性非常重要，在上文中對三種水位計的結構和測量原理進行了分析，以此為基礎分析了造成各水位計測量值相差較大的原因，并提出提高水位測量精度的辦法，可以為改善水位儀表測量結果的準確性提供支持。

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