核電機組分體式 K1 差壓變送器現(xiàn)場充液技術(shù)分析

分析核電機組壓力容器和穩(wěn)壓器的液位測量分體式 K1 差壓變送器。液位測量對電廠建設(shè)期間的一回路進(jìn)水、水壓試驗及運行期的一回路液位監(jiān)控和事故分析起著極其重要的作用。變送器的傳感器和變送單元分開布置在安全殼和電氣廠房，通過特有的抽真空、充液、無氣泡驗證試驗等工藝直接在施工現(xiàn)場安裝。充液是技術(shù)難點和保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵。介紹一回路液位測量、K1 差壓變送器工作原理和特性，分析現(xiàn)場抽真空、充液工藝及無氣泡驗證試驗、靜壓試驗及調(diào)試校驗結(jié)果。最后，介紹安裝過程中遇到的主要問題，總結(jié)核電機組的經(jīng)驗，提出改善方案優(yōu)化抽真空、充液工藝和安裝管理，為后續(xù)機組提供參考。

核電壓力容器和穩(wěn)壓器液位測量，用于工況監(jiān)控和事故分析，對核電運行安全極其重要。變送器由隔離模塊、傳感單元和變送單元組成，其中隔離模塊直接與過程工藝管道連接。變送器的隔離模塊、毛細(xì)管、傳感單元安裝在核島中，變送單元安裝在電氣廠房，并通過接線盒和電纜連接。分體結(jié)構(gòu)避免變送單元工作在 Local 工況高輻照、高溫、高壓工作環(huán)境，保證變送器的壽命、可維護性、穩(wěn)定性及可靠性。

變送器以散件形式發(fā)到現(xiàn)場在現(xiàn)場安裝，涉及抽真空、充液、無氣泡驗證試驗、靜壓試驗等特殊工藝?，F(xiàn)場施工環(huán)境惡劣，抽真空工藝要求非常高，如 HP 真空度為 0.02 mBar。在核島高溫、高濕的環(huán)境下，要達(dá)到如此高的真空度要求，須對工藝的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則直接影響變送器的測量精度和使用壽命。

1 RCP 液位測量和分體式 K1 差壓變送器

1.1 RCP 液位測量

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）的液位測量分為承壓階段的測量和卸壓階段的測量。RCP 承壓階段液位由供貨的分體式 K1 差壓變送器測量，分為正常熱態(tài)運行工況下的液位測量和一回路發(fā)生失水事故情況下的液位測量。

正常熱態(tài)運行工況下，反應(yīng)堆壓力容器充滿水，平均溫度 314℃，壓力 15.5 MPa，整個 RCP 系統(tǒng)只有穩(wěn)壓器上部存在汽空間，RCP 的水位等同于穩(wěn)壓器水位。穩(wěn)壓器水位傳感器 RCP007、008、011MN 測量，信號精度高，用于反應(yīng)堆保護系統(tǒng)和穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)[1]。

一回路失水事故工況下，RCP 液位可能直接下降到堆芯以下，利用四個壓力容器水位測量計 RCP090、091、092、093MN 監(jiān)測堆芯淹沒情況，總共 6 臺差壓變送器，分 A、B 系列，每列 3 臺，如圖 1 所示。

1.2 分體式 K1 差壓變送器

變送器屬于分體式差壓電感式，由高壓隔離模塊、低壓隔離模塊、變送單元、信號處理抽屜等部分組成[2]，如圖 2，分體式 K1 差壓變送器工作原理。

1.3 JUV 抽真空組件

變送器通過專用工器具 JUV 實現(xiàn)抽真空和充液。抽真空指將變送器和 A 類水中的真空度抽到要求值，以避免變送器和隔離模塊之間由氣泡而影響壓力傳遞、液位測量精度和響應(yīng)時間。充液指在真空度達(dá)到要求之后，將 A 類水按規(guī)定的操作流程和填充容器注入變送器中。JUV 結(jié)構(gòu)如圖 3。

2 分體式 K1 壓力變送器的安裝

分體式 K1 壓力變送器安裝工作主要包括先決條件檢查、變送模塊標(biāo)定、傳感器抽真空和充液、傳感器無氣泡驗證試驗和靜態(tài)壓力驗證試驗等。

2.1 先決條件檢查

第一項工作是對現(xiàn)場安裝條件進(jìn)行檢查，檢查主要工作順序。

（1）參照圖紙，對變送器毛細(xì)管的敷設(shè)路徑、毛細(xì)管橋架搭設(shè)及變送器支架的安裝位置進(jìn)行檢查和測量。

（2）安裝房間的隔離區(qū)搭設(shè)、空調(diào)和除濕機設(shè)置、腳手架搭設(shè)、臨時電源、臨時照明等進(jìn)行檢查。

（3）申領(lǐng)變送器組件和專業(yè)工器具：抽真空泵組件（以下簡稱 JUV）和仿真實驗儀（以下簡稱JUS）。

（4）準(zhǔn)備 A 類除鹽水、壓縮空氣、溫濕度計、毛細(xì)管密封膠、螺栓防咬劑、無水酒精等易耗品。

2.2 隔離膜塊檢查和變送器校準(zhǔn)

依照計量法規(guī)，在變送器安裝之前進(jìn)行校準(zhǔn)。分體式 K1 變送器在安裝之前，必須進(jìn)行標(biāo)定，流程如下。（1）隔離模塊檢查：檢查隔離膜片是否變形、腔室是否有異物。（2）變送器校準(zhǔn)：進(jìn)行零點和滿量程校準(zhǔn)。（3）線性度檢驗：對線性度進(jìn)行檢驗，線性度高于 98.5% 為合格。

2.3 抽真空和充液

抽真空和充液是變送器安裝中最核心的工藝，直接關(guān)系到變送器的測量精度和使用壽命，工作流程如下。

（1）變送器低壓隔離模塊 LP 和高壓隔離模塊 HP，經(jīng)毛細(xì)管連接到傳感器 Sensor 低壓“-”端和高壓“+”端。

（2）LP 抽真空和充液：適度松開 LP 上的球形螺栓，將充液軟管連接在 LP 充液接頭和 JUV 充液接頭上，同時在 Sensor 的低壓側(cè)連接真空表（Gauge）。LP 持續(xù)不間斷抽真空的時間為：穩(wěn)壓器 LP 4 小時、壓力容器 LP 24 小時。

（3）JUV 連接 Sensor，真空表（Gauge）連接 JUV。HP 持續(xù)抽真空時間為 36 小時。

2.4 驗證試驗

抽真空過程中，JUV Tank1 內(nèi)的 A 類水和變送器不可能完全被抽真空，同時隔離模塊、毛細(xì)管、傳感器之間的密封可能存在泄漏，為保證分體式 K1變送器的高精確、靈敏度和可靠性，必須對變送器內(nèi)的氣泡容積和密封性能進(jìn)行驗證。

在充液完成后專門設(shè)置無氣泡驗證試驗和靜壓試驗來驗證充液結(jié)果。無氣泡驗證試驗用于判定抽真空和充液是否合格。

2.4.1無氣泡驗證試驗

無氣泡驗證試驗是通過注射器在變送器低壓側(cè)加壓，測量注射器至 LP 處的容器改變 V1 和變送器輸出值反映的其實際容積變化 V2，最后計算、分析和比較 V1 和 V2 關(guān)系，確認(rèn)變送器 LP/HP 與傳感器之間的總氣泡大小。

圖 4，無氣泡驗證試驗示意圖。某核電機組所有分體式 K1 壓力變送器通過無氣泡驗證試驗確定的氣泡值都小于 0.1 mL，全部合格通過[3]。

2.4.2 靜壓試驗

分體式 K1 差壓變送器直接與一回路相連，為保證一回路密封邊界完整性和變送器工作可靠，必須對變送器進(jìn)行水壓試驗。水壓試驗示意圖 5。

某核電機組所有分體式 K1 壓力變送器在靜壓試驗全部合格[3]。

2.4.3 調(diào)試校驗結(jié)果

在變送器安裝好之后，調(diào)試隊進(jìn)行現(xiàn)場校驗。分體式 K1 差壓變送器全部校驗合格，并在熱試過程工作穩(wěn)定可靠。校驗記錄如表 1 分體式 K1 差壓變送器校驗記錄[4]。

3 安裝中遇到的問題和優(yōu)化方案

3.1 安裝遇到的問題

某核電機組壓力容器和穩(wěn)壓器液位測量用分體式 K1 差壓變送器在安裝過程中遇到的問題如下：

（1）核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)常不可用，現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，溫度常常在 40 ℃、濕度 80% 以上。真空泵持續(xù)不間斷在溫度 25 ℃、濕度 50% 以下才能達(dá)到目標(biāo)值（如 HP 0.02 mbar）?，F(xiàn)場環(huán)境難以控制導(dǎo)致抽真空多次失敗，真空泵工作效能下降，進(jìn)度滯后影響現(xiàn)場工期。

（2）變送器機架安裝在 KCS801-804AR 核級小三箱中，機架和機柜分開采購。規(guī)格書沒有考慮邊界接口，沒有配套的特殊接線端子。

（3）NNSA 對分體式 K1 差壓變送器安裝選點見證，并對安裝過程的工藝流程、質(zhì)量控制等提出問題。設(shè)備廠家營運范圍沒有現(xiàn)場服務(wù)資質(zhì)。

（4）變送器隔離模塊的膜片上有污物，必須返修。同時 RCP091MN 抽真空和充液后，進(jìn)行無氣泡驗證試驗和靜壓試驗時發(fā)現(xiàn)線性偏移超標(biāo)，不可使用。

（5）變送器毛細(xì)管橋架沒有按照施工圖紙敷設(shè)，部分墻壁貫穿件沒有安裝，造成毛細(xì)管長度不夠和毛細(xì)管與水泥直接接觸。

3.2 優(yōu)化方案

3.2.1 先決準(zhǔn)備工作的優(yōu)化

（1）在安裝分體式 K1 差壓變送器之前，參照施工圖紙同施工單位對毛細(xì)管橋架、貫穿件的安裝位置和質(zhì)量進(jìn)行檢查，必要時進(jìn)行整改。

（2）在供貨商來現(xiàn)場之前，保證變送器內(nèi)包裝完好。由供貨商來開箱和檢查變送器是否合格。

（3）設(shè)置分體式 K1 差壓變送器現(xiàn)場安裝質(zhì)量計劃，將施工單位、總承包商、供貨商納入其中，以確保供貨商在現(xiàn)場充液工作能滿足 HAF604 監(jiān)管的要求。

3.2.2 隔離區(qū)的優(yōu)化

后續(xù)機組建立密封嚴(yán)密的隔離區(qū)，同時隔離區(qū)配備 1 臺制冷效果好的空調(diào)和 2 臺工作除濕效果好的除濕機。嚴(yán)格控制環(huán)境溫濕度，必要時及時增加空調(diào)和除濕機。盡可能將充液服務(wù)時間安排在冬天或春天。

3.2.3 抽真空和抽樣優(yōu)化

工藝的優(yōu)化。（1）改變 JUV 抽真空泵組件，將其橡膠接管改為金屬密封接管，提高 JUV 的密封性能，提高抽真空效率。改變 JUV 的結(jié)構(gòu)，同時對一個房間內(nèi)的多臺變送器進(jìn)行抽真空，縮短工期。

（2）每周進(jìn)行 JUV 再生，除去泵內(nèi)水汽。JUV再生由在核島實施改為到辦公室實施，辦公室溫濕度控制在 20 ℃、45% 以下，以提高真空泵的性能。

（3）在抽真空泵的吸氣口設(shè)置干燥包，空氣經(jīng)過干燥包初級除濕之后再吸入泵內(nèi)。同時泵殼體外纏繞絕緣電阻絲，必要時加熱除濕。

（3）某核電機組的抽真空順序為 RCP007MN、008MN、011MN、090MN 至 094MN。鑒于現(xiàn)場一回路進(jìn)水和水壓試驗只需要使用 RCP090、RCP091MN窄量程監(jiān)測一回路液位，先完成 RCP090、RCP091MN 充液之后，再完成剩余分體式 K1 變送器充液。

工作安排的優(yōu)化。（1）分體式 K1 差壓變送器的抽真空時間比較長，HP 需要持續(xù)不間斷抽真空 36 小時。合理安排抽真空計劃，充分利用周末的時間段進(jìn)行抽真空。

（2）優(yōu)化廠家分體式 K1 差壓變送器抽真空團隊，由 2 人小組改為 3 人小組。3 人團隊的抽真空效率相當(dāng)于 2 個 2 人小組，節(jié)省人工，提高工作效率。

4 結(jié)語

由于分體式 K1 變送器現(xiàn)場安裝遇到較大困難，一度停滯不前。在作者的協(xié)調(diào)下，通過各環(huán)節(jié)的努力和改進(jìn)，克服了環(huán)境溫濕度無法控制、變送器部件不可用、進(jìn)度緊張等困難，最終通過了無氣泡驗證試驗、靜壓試驗及調(diào)試校驗，保證了設(shè)備的質(zhì)量和進(jìn)度，滿足水壓試驗節(jié)點需求。

本文總結(jié)和優(yōu)化某核電機組的安裝經(jīng)驗，對某核電項目后續(xù)機組和其他核電項目有重要參考意義。