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核電廠設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和選型安裝不合理導(dǎo)致的流量測量問題處理

核電廠設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和選型安裝不合理導(dǎo)致的流量測量問題處理

時(shí)間:2021-07-09 14:50:34

 摘要:核電廠正常過程自動(dòng)控制需要對(duì)電廠關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行精que測量,其中流量參數(shù)參 與了多個(gè)重要工藝系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算和顯示, 流量測量的準(zhǔn)確性對(duì)工藝系統(tǒng)的狀態(tài)診斷的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。 在核電廠建設(shè)及調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)不符和選型安裝不合 理等問題。 通過對(duì)這些問題研究,采取針對(duì)性的解決措施,提高了流量測量的準(zhǔn)確性,從而保證了電廠的儀控設(shè)備安全及可靠運(yùn)行,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。dXk壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化不斷興起和過 程控制要求的日益復(fù)雜,對(duì)現(xiàn)場設(shè)備安全及穩(wěn)定輸 出要求越來越高,流量測量是生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制的重要參數(shù),常用于表征被測對(duì)象的出力,重要壓 力容器液位調(diào)節(jié)的前饋?zhàn)兞,以及密封裝置泄漏量的監(jiān)測等[1]。 常規(guī)的流量測量方法有:孔板、噴嘴及文 丘里管等。 重復(fù)性和趨勢(shì)穩(wěn)定性是流量測量的目標(biāo)。 
 
電站的流量測量方式多種多樣, 用途廣泛,主要是監(jiān)測泵的出力情況;工藝系統(tǒng)流量分配,如冷卻水系統(tǒng)流量監(jiān)測用于不同用戶的流量分配調(diào)節(jié);參數(shù)調(diào)節(jié),如上充、下泄流量是用于一回路冷卻劑 體積的控制,同樣主給水流量及主蒸汽流量則用于 蒸汽發(fā)生器的液位控制等。 
 
參與調(diào)節(jié)和表征出力的流量測量的一次元件 (節(jié)流裝置)的精度要求不低于 2%,基本上全部采 用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量。 一些重要的密封裝置的泄漏量,如 主冷卻劑泵的密封軸瓦的泄漏量檢測等,需要檢測的是變化趨勢(shì),測量方式則兼顧兩相流類流體介質(zhì)。調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)一些原設(shè)計(jì)的流量測量存在 一定問題,主要集中在安全系統(tǒng)和重要用戶冷卻水流量測量系統(tǒng)。 通過與設(shè)計(jì)方人員的共同探討、分 析和試驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)行局部參數(shù)調(diào)整和一次元件的替換等處理,滿足工藝系統(tǒng)要求。 
 
1 主要問題
在流量測量發(fā)現(xiàn)的主要問題有: 設(shè)計(jì)問題,主 要集中在孔板計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致量程不足;根閥選型和 安裝不合理造成取壓管口斷裂;角接取壓存在堵塞的測量隱患;測量孔板安裝位置不合理導(dǎo)致測量不準(zhǔn)以及管道振動(dòng)對(duì)穩(wěn)定測量的影響幾個(gè)方面。
 
1.1 設(shè)計(jì)問題 
電站給水流量測量(KKS 編碼為 LAB10/20/30/40CF811/821/831/841)采用“一拖四”的設(shè)計(jì),如圖 1所示,即一套孔板通過儀表測量管道連接了 4 臺(tái)流量變送器。 這樣的設(shè)計(jì)方式弊端較多,shou先,儀表管 任何一處發(fā)生堵塞、 泄漏等故障, 直接導(dǎo)致其它 3 臺(tái)流量變送器無法正常工作;其次,變送器正常運(yùn)行時(shí), 有一臺(tái)流量變送器的平衡閥發(fā)生內(nèi)漏問題, 必然會(huì)引起同一管線安裝的另外 3 臺(tái)流量計(jì)也無 法正常工作,從而導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)動(dòng)作。 同時(shí),這種設(shè) 計(jì)也給儀表的正常校驗(yàn)、維護(hù)和故障處理帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。 而且,這樣的設(shè)計(jì)方式只實(shí)現(xiàn)了儀表信號(hào)的 冗余, 并沒有真正實(shí)現(xiàn)流量測量通道的冗余和隔 離,應(yīng)改成 4 個(gè)好立的流量測量回路。
給水系統(tǒng)“一拖四”設(shè)計(jì)示意圖
1.2 根閥選型和安裝不合理
現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)安全殼噴淋變送器根閥與工藝 管道連接管被拉斷。 由于根閥設(shè)計(jì)布置的原則是盡量靠近被測介質(zhì)流過的管段取壓口或被測介質(zhì)冷 凝罐壁的取壓口, 確保儀表測量管線破裂后的隔 離,電站的根閥安裝遵循這一原則。 現(xiàn)場大量采用俄羅斯供貨的根閥有 3 種,重量分別為 11.8 kg,8.6 kg 和 6.3 kg,閥門本身相對(duì)脈沖 管線較重,現(xiàn)場安裝都用支架進(jìn)行固定。 因根閥與工藝管道的連接管道較短,工藝管道運(yùn)行時(shí)振動(dòng)造 成脈沖管道疲勞而斷裂,后采用在根閥和工藝管道 之間用膨脹彎管道連接,對(duì)于根閥較輕的取消固定 支架。
 
1.3 環(huán)室取壓存在的隱患
在用角接取壓法測量含硼介質(zhì)的流量時(shí),因儀 表根閥、儀表管、閥組和變送器工作環(huán)境溫度是常溫,在含硼水進(jìn)入測量系統(tǒng)后由于溫度低于硼結(jié)晶 溫度,必然造成硼的析出并產(chǎn)生結(jié)晶,引起儀表根 閥、儀表管與閥組的堵塞,影響流量的測量。 此外, 部分安全系統(tǒng)停運(yùn)后, 安裝孔板的管段未充滿介 質(zhì),在對(duì)其檢修時(shí),勢(shì)必會(huì)造成孔板處硼晶體析出,影響環(huán)室狹縫的取壓阻尼。 用于“三廢”系統(tǒng)的部分流量測量系統(tǒng),因測量 介質(zhì)含有雜質(zhì),當(dāng)其進(jìn)入流量測量系統(tǒng)很容易造成儀表測量管道及閥門的堵塞,造成流量系統(tǒng)無法正常工作。
 
1.4 安全系統(tǒng)流量測量的主要問題
安全系統(tǒng)流量問題主要有 3 個(gè)方面: (1)設(shè)計(jì)量程錯(cuò)誤,產(chǎn)生大量的驗(yàn)證工作和相 應(yīng)的設(shè)計(jì)變更。 儀控主要是負(fù)責(zé)變送器的調(diào)整,包括差壓值調(diào)整,或變送器更換采購,以及重新設(shè)計(jì)所需配合的計(jì)算和驗(yàn)證工作。 
 
(2)工藝管線振動(dòng)和循環(huán)管線孔板位置安裝不 合適,定期試驗(yàn)期間,循環(huán)試驗(yàn)管線內(nèi)介質(zhì)發(fā)生汽 化,引起測量波動(dòng)和不穩(wěn)定,導(dǎo)致定期試驗(yàn)不合格。 解決辦法主要是從工藝設(shè)備和管線著手改善。 
 
(3)現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)中壓安注和安全殼噴淋等流量波動(dòng)大。 起初分析為內(nèi)部壓頭波動(dòng)較大,故將所 對(duì)應(yīng)的變送器阻尼時(shí)間(Damping time)在 1~5 s 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn),通過試驗(yàn)仍無法消除流量的 上下波動(dòng)。 多次查找后,對(duì)中壓安注和安全殼噴淋系統(tǒng)管線進(jìn)行測振試驗(yàn)時(shí),確認(rèn)流量波動(dòng)大的根本原因是管線振動(dòng)大造成的,而且是管道振動(dòng)越強(qiáng)烈 流量波動(dòng)越大。 解決流量波動(dòng)大的根本辦法是根治 管線的劇烈振動(dòng)問題,從而為流量測量創(chuàng)造一個(gè)正常的工作環(huán)境,這也是用孔板作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測量流量的基本技術(shù)要求。
 
 
1.5 小流量切除
標(biāo)準(zhǔn)孔板和變送器組成的流量測量系統(tǒng),是通過流體介質(zhì)流過標(biāo)準(zhǔn)孔板在孔板前后產(chǎn)生的差壓, 并且變送器開方后顯示相應(yīng)的流量值。 理論上流體停止流動(dòng)孔板前后差壓為 0,流量顯示為 0,但由于孔板安裝及工藝等原因,流體停止流動(dòng)孔板前后也 會(huì)產(chǎn)生微小的差壓,而由于變送器的輸出和差壓成 平方根關(guān)系,尤其是在小差壓低流量量程段,微小 的差壓就會(huì)引起很大的流量波動(dòng),這是由于開方特 性決定的。 舉例說明差壓與流量在量程低段的對(duì)應(yīng) 關(guān)系,如表 1 所示。
差壓與流量對(duì)應(yīng)關(guān)系
孔板差壓量程為 0~100 kPa, 對(duì)應(yīng)流量量程為0~100 kg/s。 當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)在孔板前后產(chǎn)生 1 kPa 的 微小差壓,由于差壓與流量成開方關(guān)系,差壓 1/100開方后是流量的 1/10, 即 1 kPa 的微小差壓對(duì)應(yīng)的 流量是 10 kg/s。 為了克服小差壓對(duì)流量測量的影 響,利用智能變送器內(nèi)置的小流量切除功能。 由于流量測量趨勢(shì)的重要性和流量顯示的準(zhǔn)確范圍在30%~70%之間,調(diào)試時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,對(duì)流量 變送器設(shè)置小于 10%的小信號(hào)切除。 
 
2 解決辦法
 
2.1 管道振動(dòng) 
管道振動(dòng)的主要原因是由于泵、管道、閥門等 都安裝在狹小的房間內(nèi),加上工藝管道設(shè)計(jì)布置不 合理,彎頭、閥門等節(jié)流件較多,以及支吊架設(shè)計(jì)不 合理造成的。 避免振動(dòng)影響的辦法是合理布置工藝 管道,減少彎頭,增加直管段的距離。 但對(duì)于已建電廠顯然比較困難,因此是逐步改造的過程。
 
2.2 管線節(jié)流裝置 
噴淋泵定期試驗(yàn)流量循環(huán)期間, 由于流量低、 波動(dòng)大多次試驗(yàn)不成功。 其根本原因是在部分泵, 如應(yīng)急補(bǔ)水和安全殼噴淋泵的小流量循環(huán)管線,在 測量孔板前受節(jié)流設(shè)備的影響,在定期試驗(yàn)中因介 質(zhì)汽化造成小流量和雷諾數(shù)變化,從而導(dǎo)致測量波 動(dòng)[2]。 解決的辦法是移動(dòng)測量孔板增加節(jié)流級(jí)數(shù),提 高流量的穩(wěn)定性。
 
2.3 環(huán)室取壓測量 
解決環(huán)室取壓測量存在問題的方法是改變?cè)O(shè) 計(jì),即改變?nèi)悍绞絒3]。 但對(duì)于已建電站,會(huì)引起大 量的設(shè)計(jì)變更,并需要試驗(yàn)驗(yàn)證,此方法顯然是不 切實(shí)際的。 鑒于存在的測量問題,可以采用濕吹掃 的辦法,即在工藝管線退出運(yùn)行前,對(duì)安裝孔板管 線段立即進(jìn)行吹掃。 具體過程:在管線的介質(zhì)剛斷 流不久,用除鹽水向節(jié)流件對(duì)象連續(xù)沖洗,使有腐 蝕性、粘稠性、結(jié)晶性、熔融性及沉淀性等介質(zhì)不停 留在孔板環(huán)室內(nèi)部以及儀表測量部件中,達(dá)到保護(hù)儀表和節(jié)流裝置的目的。 預(yù)防性維修期間,當(dāng)在孔板對(duì)空后立即實(shí)施濕 態(tài)吹掃和預(yù)防性濕態(tài)吹掃,是降低常溫布置的含硼 管線測量孔板堵塞風(fēng)險(xiǎn)#有效的辦法。 
 
3 其它測量方式的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
關(guān)于風(fēng)量和飽和蒸汽流量測量還有一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以借鑒,如皮托管測量暖通(HVAC)系統(tǒng)風(fēng) 量測量,風(fēng)量 60000 m3/h,管內(nèi)壓力 100 kPa 下,對(duì)應(yīng) 節(jié)流差壓一般在 1.5 kPa 以內(nèi)。 主蒸汽流量為飽和蒸 汽,對(duì)應(yīng) 6.27 mPa,278 ℃,1600 t/h 的差壓為100 kPa左右,與風(fēng)量測量相差很大。 在介質(zhì)成分比較復(fù)雜的流體中,如“三廢”系統(tǒng)包含來自地坑的廢棄介質(zhì), 含固體泥砂介質(zhì)等,測 量裝置可選擇用電磁流量計(jì),即使這樣,表計(jì)也無法穩(wěn)定工作。 利用設(shè)備固有的節(jié)流裝置,通過變工況下的參 數(shù)標(biāo)定,獲得節(jié)流壓力和流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如在電站中主蒸汽流量測量,是一種很好的工程案例。 此外,冷凍機(jī)冷卻水流量測量還采用了超聲 波測量方式,該測量方現(xiàn)場無法標(biāo)定,流量信號(hào) 參與冷凍機(jī)保護(hù)只能依靠其穩(wěn)定性和重復(fù)性好的特點(diǎn)。
 
4 結(jié)語
流量測量孔板安裝管線的振動(dòng)問題和環(huán)室角 接取壓是目前核電廠流量測量的#大問題,其中振 動(dòng)問題對(duì)流量測量準(zhǔn)確性的影響是變化的。 通過改善管線的布置,降低振動(dòng),可以提高準(zhǔn)確度。 通過本文對(duì)上述這些問題研究,采取針對(duì)性的解決措施,大大提高了流量測量的準(zhǔn)確性,從而保證了電廠的儀控設(shè)備安全及可靠運(yùn)行,取得了巨大 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 同時(shí),流量的精que測量,一 方面可以為操作員提供可靠的工藝參數(shù)指示,減少系統(tǒng)誤動(dòng)作;另一方面可以提供電站運(yùn)行的持續(xù)續(xù)航能力,減少人力、設(shè)備的投資,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 同時(shí)上述改進(jìn)措施也可以用于其他同類型流量測量儀表的修正和改良, 可以做到良好實(shí)踐,也取得了巨大的社會(huì)效益。
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