核電廠一回路水位測量原理及排水過程中測量偏差分析與處理

王朝鵬

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要功能是使冷卻劑循環(huán)流動，將堆芯中核裂變產(chǎn)生的熱量通過蒸汽發(fā)生器傳輸給二回路，同時冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或毀壞，一回路水位計是檢測一回路冷卻水裝量的重要儀表。

2 一回路水位測量原理

在正常運行工況下，壓力容器和冷卻劑管道均充滿水，整個RCP系統(tǒng)中只有穩(wěn)壓器上部存在蒸汽空間，因此，一回路水位等同于穩(wěn)壓器水位，由差壓傳感器007/008/011MN測量穩(wěn)壓器水位（見圖1）。

采用098/012/090/091MN測量卸壓模式下一回路水位，4臺差壓傳感器量程相互重合，測量不同階段水位，保證了卸壓期間主控室操縱員能在一回路充排水期間連續(xù)監(jiān)測從穩(wěn)壓器頂部至主管道底部的水位，用以跟蹤充排水過程中反應(yīng)堆水池和穩(wěn)壓器波動管線水位的變化，同時也保證了穩(wěn)壓器水位測量的部分冗余度（見圖2）。

3 問題描述

采用多臺不同量程的液位變送器來測量一回路水位，由于儀表特性、測量管線布置及測量對象不完全相同，在卸壓排水期間這些儀表經(jīng)常出現(xiàn)偏差甚至不可用，從而影響到大修排水工作的正常進(jìn)行，耽誤關(guān)鍵路徑時間。

圖1 運行工況水位測量

圖2 卸壓模式水位測量

4 一回路水位計排水時不一致的原因分析

4.1 變送器測量不準(zhǔn)

①098MN不準(zhǔn)。穩(wěn)壓器汽腔建立時執(zhí)行007/008/011/012MN的交叉比較，以確定012MN的可用性。012MN的可用性保證了在隨后的排水過程中，012MN與098MN進(jìn)行比較，以確定一致性，必要時檢查校驗098MN。②090MN不準(zhǔn)。堆芯水位測量實際上有兩個完全一樣的差壓變送器090/091MN，設(shè)計上是為了在事故情況下監(jiān)測堆芯水位，可靠性非常高，出現(xiàn)故障的可能性很小。

4.2 管道堵塞

卸壓工況12/98/90MN測量原理如下圖所示。此時，壓力容器上方與穩(wěn)壓器上方連通，090/098MN水位指示具有可比性。此時，不同的管段出現(xiàn)堵塞，對090MN指示來說，會出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。為便于問題說明將管段分為如圖所示的三段：AB、BC、BD，下面針對這三段分別進(jìn)行分析。

①BD段堵塞。在BD段堵塞，其他管段正常的情況下，壓力殼上方與穩(wěn)壓器上方連通并對大氣，此時，壓力容器可正常排水，090MN負(fù)壓側(cè)膜盒所受的氣壓不等于壓力殼上方的氣壓，變送器的輸出仍然會隨著水位發(fā)生變化，但其輸出與實際水位存在一個固定的偏差，將090MN置于卸壓開蓋模式后，090MN的指示等于實際水位。②BC段堵塞。壓力容器在排水前處于滿水狀態(tài)，當(dāng)開始排水時，由于BC段的堵塞，壓力殼上方屬于一個密閉的環(huán)境，排水的過程就相當(dāng)于一個抽真空的過程。排水到一定的程度時，壓力殼內(nèi)的水將不再排出，維持水位一定，此時，壓力殼上方與穩(wěn)壓器上方?jīng)]有連通，098MN并不能反應(yīng)壓力殼內(nèi)的水位。在繼續(xù)排水過程中，090MN水位指示將維持不變，098MN反映的僅是穩(wěn)壓器內(nèi)的水位。此時，如果將090MN置于卸壓開蓋模式，因為BC段堵塞，大氣壓仍不能通過DBC進(jìn)入壓力殼內(nèi)，因此，BC段堵塞將造成壓力殼內(nèi)的水不能排出，090MN輸出維持不變，090MN輸出反映穩(wěn)壓器水位。③AB段堵塞。其現(xiàn)象基本與BC段堵塞相同，唯一不同的是，大氣壓通過DBC段管道進(jìn)入壓力殼，壓力殼內(nèi)的水可以在重力作用下排出，此時，090MN的輸出將會隨著水位的變化而變化。AB段堵塞將造成壓力殼內(nèi)的水不能排出，090MN輸出維持不變，將090MN置于卸壓開蓋模式后，壓力殼內(nèi)的水可以正常排出，090MN輸出隨水位變化而變化。

圖3 卸壓工況12/98/90MN測量原理

4.3 壓力容器與穩(wěn)壓器上部壓力不完全相等

一回路排水過程，090MN測量正常時，098MN出現(xiàn)偏差的原因為壓力容器排氣管線排氣能力有限。反應(yīng)堆壓力容器直徑與穩(wěn)壓器脈沖管線直徑相差近10倍。所以當(dāng)水位進(jìn)入090MN量程后，如果排水速度過快，將導(dǎo)致098MN下降較快，090MN下降較慢。在充排水過程，穩(wěn)壓器通過人孔通大氣，098MN變化正常；壓力容器通過排氣管線通大氣，受管線進(jìn)排氣能力的影響，將導(dǎo)致在充排水過程090MN變化較慢。

5 問題處理

5.1 偏差標(biāo)準(zhǔn)的制定

結(jié)合通道誤差，綜合測量誤差、系統(tǒng)誤差及環(huán)境溫度等因素，在保證安全的前提下，水位計相應(yīng)偏差12/98（20cm調(diào)查25cm不可用），090/098MN（20cm調(diào)查 25cm不可用），090/091MN（15.6cm調(diào)查25.8cm不可用）。

5.2 一回路排水操作措施優(yōu)化

排水前吹掃連通軟管；現(xiàn)場檢查確認(rèn)連接壓力容器排氣軟管拉直、暢通，無向下彎曲；排水至19.3m左右，比較098/012MN一致性，若偏差大于20cm則調(diào)查原因；壓力容器排氣管線在線前確保098MN不能低于12m；在一回路動態(tài)排水過程，以090/098MN低者控制一回路水位，當(dāng)兩者偏差大于1m時，停止排水，偏差回到1m以內(nèi)再進(jìn)行排水；當(dāng)098/090MN偏差接近50cm時，將排水流量逐步減小，直至098/090MN同步下降，減小二者偏差。

5.3 異常處理預(yù)案

①098/012MN顯示偏差大：查詢歷史校驗數(shù)據(jù)，檢查偏差原因是否與校驗結(jié)果有關(guān)；查詢007/008/011MN與012MN的比較數(shù)據(jù)，判斷098/012MN指示的準(zhǔn)確性；必要時進(jìn)行校驗。②090/091MN進(jìn)入量程后指示不變：部分積水進(jìn)入排氣軟管AB段（見圖3）形成水封，導(dǎo)致排水過程中090MN指示不變化，必要時使用壓縮空氣對排氣軟管進(jìn)行吹掃。③090/091MN指示比098MN大：當(dāng)采用投入抽負(fù)壓的在線方式時，會將壓力容器大蓋頂部大氣抽成負(fù)壓，將導(dǎo)致090/091MN測量值偏大，此時可建議停負(fù)壓風(fēng)機，驗證偏差是否會減小。④098MN指示比090/091MN大，如果與此同時012MN的指示大于-6m，則可判斷是098/012MN的共用參考液柱冷凝罐內(nèi)缺水所致，應(yīng)與相關(guān)人員討論影響及風(fēng)險必要時選擇窗口對冷凝罐進(jìn)行充水。

6 結(jié)語

通過以上偏差標(biāo)準(zhǔn)以及異常響應(yīng)預(yù)案的制定，我們在機組充排水過程中密切關(guān)注一回路水位計的響應(yīng)情況，多輪大修中沒有發(fā)生過因為一回路水位計的偏差大造成大修關(guān)鍵路徑延誤的現(xiàn)象，保證了機組的安全可靠運行。