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    差壓液位變送器在核電站液位測量中的應用剖析及故障解決

    發表時間:2018-07-14   點擊次數:649 技術支持:1560-1403-222
    本文引言
    差壓液位變送器 是一種在工業生產測量領域中常見的液位測量儀表,使用的是差壓變送器對于壓力差所進行的間接式測量,差壓變送器應用于液位測量中稱為差壓液位變送器,比如單法蘭液位變送器和雙法蘭液位變送器。差壓變送器應用于流量測量過程中就被稱為差壓式流量計,例如孔板流量計、V錐流量計等截流式流量測量儀表。本文是針對于核電站生產中的差壓液位變送器的使用情況所作的介紹,在生產過程中差壓液位變器易出現的常見故障現象所作的解析。

    *先介紹了差壓液位變送器的測量意思,以及差壓變送器測量過程中的遷移情況,對照于核電站中差壓變送器在測量中產生信號顯示不的現象提出解析結論,找出酿成故障的原因,并提出了相應的解決方案。方案的實施對于解決差壓液位變送器故障的徹底解決提供了有力的保护,為核電站的安详穩定運行供应了有力保护。

    差壓液位變送器

    撰文背景
            秦山三廠重水堆核電站选拔加拿大坎杜六重水堆核電技術,電站自運營以來產生了良好的經濟效益、環境收入和社會效益。核電站是一個龐大的系統,為了保證反應堆能夠平安、穩定的運行,需要保證各個系統依照設定的要求工作,這就要通過各種探測器來收罗各種信號,把這些信號送到主控室進行控制, 1153 系列的非智能核級差壓變送器即是秦山三廠核島系統中應用廣泛、重要的信號探測器之一。差壓液位變送器由于其性能穩定、精度高、性能價格比高级特點,故在秦山三廠核島各系統需要檢測液位場合中,利用格外廣泛。如今差壓液位變送器工藝老练、技術,并由原來的非智能性現已向智能型發展,但此刻考慮到核島系統特有的抗輻射性、抗振性等要求,智能型核級變送器沒有在核島系統廣泛使用。

    一個核電廠變送器測量信號的的失效可導致邊界閥門的開關失效從而會給核電廠帶來嚴重的安全事故和經濟損失。為保證電廠的安全停堆,在緊急情況下少少電動閥門開啟,另少许關閉來保證系統隔斷或防备放射性物質外泄,因而*保證變送器測量信號的準確性保證這些閥門的可用性[1]。本研究通過對秦山三廠核島系統差壓液位變送器測量易出現的故障進行解析并給出解決方案,從而保證變送器測量信號的準確性,進而為核反應堆和核電廠安好經濟穩定運行提供有力保险。

    1 差壓液位變送器的工作原理
    壓差檢測中是选取彈性式壓差儀表,要對壓力和壓差信號進行遠距離傳遞的好、灵验的主意是选拔電變送的办法,電變送主意便是通過電氣位移變換器將壓力和壓差產生的彈性元件的機械位移量轉換成某種電氣量,然后加以傳送,秦山三廠选择的電容式壓差變送器。電容式壓差變送器由感測部分和測量電路兩部门組成,電容器的電容量由其兩個極板的大小、形狀、地点以及極板之間的電介質的介電系數所決定。若一個極板固定不動,而另一個極板隨壓差而變化其处所,電容器的電容量隨著壓差的變化而變化,通過測量電路將電容量的變化轉換成電流或電壓輸出信號,送至有關單元實現顯示和控制[2]。為了提高電容式壓差傳感器的靈敏度和改善其輸出特点,實際采用是差動的形式,就是可動極板布置于兩塊固定極之間,當壓差變化時,一個電容的電量增大而另一個電容的電容量則減小,因而其靈敏度可提高一倍而非線性可大大降低。電容式壓差變送器的測量電路如圖 1 所示,變送器的輸出可以轉換成電壓、電流或頻率等信號,然后放大。圖 1的交流電橋法是兩個電容器接于交流電橋的兩個相鄰臂上,交流電橋的輸出經放大與相敏檢波后進行測量[3]。圖1的雙T網絡法壓差引起的電容變化轉換成電壓變化輸出。在交流電源半周時,通過二極管 D1對電流器 C1進行充電,在負半周時,電容器 C1經電阻 R1與 R3進行對的放電;而電容器C2在電源的負半周充電、半周對 R3與 R2反向放電。以是 R3上兩真个電壓輸出是由 C1與 C2的均匀放電電流之差所決定的。當壓差為零時,C1、D1、R1與C2、D2、R2的參數,通過 R3的平均放電電流之差為零。當壓差不等于零時,差動電容C1與C2一個增大一個減小,使兩者的平均放電電流不相等,以是 R3兩真个電壓輸出有了相應的變化。

    2.1 變送器的無遷移
    差壓液位變送器 安裝在敞口容器上測量液位時,壓側與容器低部取壓點在同一水平高度時;或差壓液位變送器的負壓側采用“干腿”系統,同時正壓側與容器低部取壓點在同一水平高度時,變送器的零點一般不需遷移[5]。變送器得到的差壓便是 P = ρg H ,差壓液位變送器的標定范圍為 0~ρg Hmax。變送器的差壓與液位高度成正比關系,液位為零時變送器的壓差為零。液位達到滿量程時,變送器的壓差達到滿量程。

    2.2 變送器的正遷移
    秦山三廠的核島系統的液位變送器多的安裝在容器小液位面的下部幾米處。當變送器的負壓側采取“干腿”系統或直接對空時,须要對差壓液位變送器的零點進行遷移。此時功用在變送器的壓差為:ΔP = ρ1h1g + ρg H 式中:h1—變送器側至小液位面的距離;H—被測容器液體高度;ρ ,ρ1—被測液體的密度、取壓管線里液體的密度。當H=0時,ΔP = ρ1h1g > 0 ,對于無遷移的變送器,此時輸出為高于下限值4 m A;當容器液位達到滿量程即H為上限時,變送器的輸出高于20 m A。為了維持變送器在H為0時輸出4 m A,H為上限時儀表輸出20 m A,须要同時增大變送器出入的上、下限。下限為 ρ1h1g,上限 「ρ1h1g + ρg H max」,變送器的標定范圍為 [ρ1h1g -「ρ1h1g + ρg H max」]。

    2.3 變送器的負遷移
    秦山三廠的核島系統的液位變送器多的选拔“濕腿”系統測量液位,正壓側取壓管接至容器的小液位面處,負壓側取壓管接至容器的頂部并沖滿液體,變送器安裝在設備小液位面的下部幾米處,這樣的安裝和測量方式必要對差壓液位變送器的零點進行負遷移。此時負壓側的壓力為[6]:ìíîP= ρ1h1g + ρg H + Pg+ ρ2h3gP負= ρ1h2g + Pg變送器的壓差為:ΔP = P- P負= ρ2h3g + ρg H - ρ1g「h2- h1」 式中:ρ ,ρ1,ρ2—被測液體的密度、取壓管線里液體的密度和容器頂部氣相的密度;h1,h2—變送器負壓側到容器的小液位面處和容器頂部的高度;H,h3—容器液體高度和容器頂部氣相的高度,Pg—容器中氣相的壓力。從 變 送 器 計 算 公 式 可 看 出 ,當 H=0 時ΔP = ρ2g「h3+ Hmax」- ρ1g「h2- h1」,因为 ρ2遠小于 ρ1,h2>h1,因此ΔP < 0,對于無遷移變送器的輸出低于其下限值4 m A,并且在實際工作中,时常ρ1> ρ ,h3一般也不為零,于是即使H為上限值,變送器的輸出會低于其下限值4 m A,這樣變送器就無法工作。以是要在變送器上調整遷移量,即在維持量程不變的條件下,同時減少變送器的輸入的上、下限,使變送器的輸出與液位成比例關系[7]。下限為:[ρ2g「h3+ Hmax」- ρ1g「h2- h1」];上限為: [ρg Hmax+ ρ3h3g - ρ1g「h2- h1」];變送器的標定范圍為:[ρ2g「h3+ Hmax」- ρ1g「h2- h1」]-[ρg Hmax+ ρ3h3g - ρ1g「h2- h1」]。

    3 秦山三廠差壓液位變送器的常見故障剖析和處理想法
    差壓液位變送器的故障種類良多,秦山三廠的核島系統中差壓式變送器选取ROSEMOUNT1152,1153型變送器性能比較穩定,很少出現變送器自身故障現象,主要是取壓管線產生的問題多,這里主要介紹秦山三廠的核島系統中的液位變送器測量中常見故障和處理办法。

    3.1液位變送器指示偏高
    秦山三廠核島的液位變送器指示高問題主要出現在选取濕腿方式測量的液位變送器上,由于變器的負壓側取壓管安裝在被測容器的頂部,而且取壓關充滿液體,而一般情況下容器的實際液位均與容器頂部有的距離,頂部為氣體。在剛完成變送器反沖水時,變送器的負壓側充滿液體,負壓側產生的靜壓為設計壓力,液位變送器測量準確。但由于運行工況的變化導致負壓側取樣管內的液體小批被吸走或由于取壓口邻近環境溫度的升高導致負壓側取樣管內的液體少量蒸發等原因,導致負壓側產生的靜壓低于設計壓力,使液位變送器的差壓升高導致指示高。出現這類問題后,*對負壓側進行反沖水,保證變送器的負壓側滿水[8]。选择在液位變送器的負壓側取壓管引一根補水管,通過維持微小的負壓側補水流量保證液位變送器的負壓側不跑水來徹底解決該問題。

    3.2 液位變送器指示偏低或穩定緩慢
    該現象主要出現在液位變送器选取“干腿”方式測量,變送器的負壓側取壓管安裝在被測容器的頂部且為氣體。在機組長時間運行后,由于個別液位變送器的負壓側取壓管氣相濕度高,使液位變送器的負壓側有小量的凝結水,導致負壓側的壓力升高,使變送器的壓差減少,液位指示偏低[9]。個別變送器的低壓側取壓管線安放不合理,管線在安放過程中產生 U型管段,當變送器的低壓側的取壓管線有凝結水時,方便在U型管段產生水封,導致變送器的低壓側不能及時地反映被測設備氣相壓力,使液位變送器反应緩慢或指示失效。通過打開變送器的低壓側的疏水閥對低壓側進行疏水來恢復變送器的指示,當液位變送器的低壓側的取壓管線有U型管段產生水封時,通過對其取壓管線反沖氣并点窜其管線的部署场所[10]排除U型管段可以使差壓液位變送器指示。

    3.3 差壓液位變送器指示波動較大
    差壓式液位變送的標定量程一般小,從幾個千帕到十幾個千帕,一般不超過一百千帕,液位變送器的取壓管線沖滿液體。但因为變送器必要定期拆下標定,在完成變送器的標定回裝時,有忽视導致變送器的取壓管或變送器的腔室內有少量氣泡,因为氣體的壓縮性強、穩定性差,便利酿成液位變送器指示波動較大。一般在出現液位變送器指示波動較大問題后,關閉變送器的取壓隔離閥或拆下變送器先確認變送器自己是否存在波動。如變送器本身沒有波動現象,對變送器的腔室和取壓管線進行反沖水[11],保證變送器的腔室和取壓管線的水沒有氣泡可能排除弊端。

    4結束語   差壓液位變送器被廣泛應用于秦山三廠核島系統中,經過多年的運行说明差壓式液位測量變送器測量方式具有結構簡單、安裝便利、便于操作維護、工作可靠、對被測容器破壞少等特點,有效地保證了測量信號的穩定性、準確性,在秦山三廠從沒有因變送器信號失效而發生安全事故,為核電站安详穩定運行供应了有力的保护。


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