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压力/差压变送器在研究堆应用中应考虑的因素与对策研究

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摘要:压力/差压变送器被广泛应用于研究堆的参数测量,若应用不当将会影响到工艺系统安全和人员设备安全,此外若测量信号不可靠或设备故障失效将会给研究堆带来严重的安全事故和经济损失。本文就压力/差压变送器在研究堆应用中应考虑的因素和对策展开研究,建议设计一次仪表间和一套压力/差压变送器反冲水系统并应用仪表校验免拆卸方法,以实现压力/差压变送器的可靠测量和高效维护,使设备的运行和维护满足研究堆安全运行和有效利用的要求。

 
引 言
压力/差压变送器是一种将压力转换成气动 信号或电动信号进行控制和远传的设备,具有性能稳定、精度高、性价比高等特点,在研究堆放射性工艺回路系统(放射性回路)和非放射性工艺回路系统(非放射性回路)中被广泛应用,可用于各设备本体或工艺管道的液位、流量、压力和压差等测量。对研究堆而言,压力/差压变送器测量与转换的质量直接关系到研究堆工艺参数采集的准确度、灵敏度和稳定性,测量信号的不准确或故障失效甚至会给研究堆带来严重的安全事故和经济损失。因此,在满足研究堆设计标准、考虑多种影响因素、克服恶劣测量环境的背景下,如何保证压力/差压变送器测量满足系统使用要求,需要深入研究,从而保障压力/差压变送器的运行和维护满足研究堆安全运行和有效利用的要求。
 
1 压力/差压变送器在研究堆应用中应考虑的因素
1.1 安全因素
(1)工艺系统安全。在研究堆上应用压力/差压变送器需要严格遵守核反应堆相关法律法规要求,尤其是应用在研究堆保护系统以及放射性工艺回路系统上的变送器,更需要在设计之初便考虑周全,防止在应用中因自身问题对系统安全造成影响。一方面,应用在研究堆保护系统安全重要参数(出/入口压力和入口流量)测量的压力/差压变送器,是属于保护系统的一部分。根据HAF102—2016 5.4 章节要求安全重要物项的设计,必须保证设备具有足够的可靠性和有效性,以及 HAF201—1995 4.6 章节要求保护系统的测量设备应采用独立性原则,以提高系统的可靠性,尤其是发生共因故障时的可靠性。另一方面,根据 GBT13632.0—2006 6.2 章节要求,差压变送器的布置应考虑最优化的原则。通过合理设计与安装压力/差压变送器(包括安全重要参数和非安全重要参数设备),避免系统之间通过变送器环节交叉污染,降低压力/差压变送器相关的放射性废物产出,并将辐射照射保持在合理尽可能低的水平。
 
(2)人员与设备的安全。就研究堆而言,压力测点分散在不同楼层的工艺房间内,工艺间内设备繁多、管线复杂,且大部分工艺房间为放射性环境。因此,压力变送器应相对集中布置,避免人员逐一到各工艺现场维护,降低人员的受照剂量和安全风险。在强放射性环境中,压力/差压变送器内部元器件将被加速老化,可能导致设备过早失效。因此,压力/差压变送器应布置在非放射性或低放射性场所,降低放射性对变送器安全的影响。
 
1.2 测量误差因素
(1)变送器位置对测量的影响。通常在研究堆建设之初,由于总体设计的需要或因强放射性环境、高温、狭小空间等的制约,压力/差压变送器往往不能安装在工艺现场的测点附近,而是通过引压管将管道或设备上的介质引压到适当的位置再安装压力/差压变送器,因此测点与变送器之间可能会形成标高差。当变送器位置低于测点标高,引压管中的传压介质因高度差产生附加压力,从而影响压力变送器测量的准确性;当变送器位置高于测点标高,变送器腔室压力会受引压管气体影响而形成测量误差;当变送器与测点标高一致时,标高不会对测量产生影响。
 
(2)研究堆工况对测量的影响。研究堆根据任务需要及自身特点,堆本体和工艺系统每个月都将经历一次运行和维护,在运行期间也可能需要对部分系统管道或设备进行切除及投入,变化的工况使导压管内或差压变送器表腔内存在气体,变送器的腔室压力发生变化,进而使用于液位或流量等测量的差压变送器指示不稳定 [1] ;同时若导压管内或变送器表腔内充满放射性水将可能会沾污仪表,影响仪表的校验和维修。
 
(3)变送器校验对测量的影响。一般在校验压力/差压变送器时,需要拆卸引压管与变送器之间的接头,将便携式压力校验仪与变送器本体连接,在校表结束后再恢复引压管与变送器之间的连接。尽管压力仪表校验周期为 1~2 a,但多次的拆卸可能会引起引压管接头丝扣处滑丝而渗漏液体;此外,部分引压管与变送器的连接比较紧凑,拆卸和安装引起的变形会产生应力 [2] ,可能会对变送器测量准确度产生影响。
 
2 压力/差压变送器在研究堆应用中的相关对策
 
针对压力/差压变送器在研究堆应用中的安全与测量误差的问题,本文在满足国家相关法规标准的基础上,结合研究堆的实际情况提出了相关技术和管理对策。
 
2.1 技术对策
为了满足研究堆的测量要求和各方面安全,同时为了降低压力/差压变送器的维护难度,应在非放射性或低放射性房间将压力/差压变送器集中布置,设计一个“压力/差压变送器一次仪表间”;同时还应设计一套仪表反冲水系统以及免拆校验方法以降低或消除测量误差。
 
(1)设计一次仪表间。“压力/差压变送器一次仪表间”可简称为“一次仪表间”。一次仪表间的位置选定应综合考虑房间内各变送器对应的测点标高情况。就研究堆而言,压力变送器的测点基本分布在一次水和二次水回路管道或设备上,各测点通过引压管将管道或设备上的介质引压汇集到一次仪表间的变送器,通过校准仪表零点或迁移量程可以消除或降低标高差带来的测量误差 [3] 。依据研究堆保护系统设计法规标准等要求,设计的一次仪表间分为 4 个区,1、2、3 区布置保护系统相互物理隔离的 A、B、C 三通道(研究堆一般为三重冗余结构),同时一次水回路相应的变送器也布置在该区域;4 区布置二次水回路相应的变送器。因此,通过一次仪表间的布置不仅使设计满足法规要求而且利于引压管和反冲水管线的布置,同时也防止了一次水(具放射性)与二次水(不具放射性)在变送器环节的交叉污染。
 
此外,由于从一回路工艺管道或设备上取压的压力变送器,在对其进行校验或维修过程中,可能会从仪表腔室或引压管末端泄漏一定量的放射性水,因此需要在一次仪表间设计放射性地漏,将产生的废液汇集引出处理。
 
(2)设计反冲水系统。针对研究堆工况的变化导致导压管内或变送器表腔内产生气体,以及导压管内或变送器表腔内若充满放射性水将影响仪表的校验和维修等问题,一次仪表间应设计一套压力/差压变送器反冲水系统。反冲水系统对所有压力/差压变送器进行冲水排气,提高测量可靠性,同时与具有放射性的一次水之间建立水垫,防止变送器污染。反冲水系统水源为去离子水,压力应与研究堆水压匹配,防止反冲水水压过高对工艺系统设备造成破坏。压力、差压变送器的反冲水系统设计见图 1 和图 2,可以实现压力/差压变送器表腔和相应引压管的冲水排气。
压力变送器反冲水设计示意图
(3)应用仪表校验免拆卸方法。鉴于研究堆的传压介质为不黏稠的液体,一次仪表间在设计时直接在变送器与引压管之间用阀组替代单个的截止阀,在校表时无需拆卸引压管与变送器之间的接头,只需通过借用阀组的排污口作为校表口,即可实现仪表的免拆校验 [4] 。
 
压力变送器的免拆校验设计为:在引压管和压力变送器之间安装一个二阀组(即图 1 中虚线框中的阀 2 和阀 3),并在二阀组排污管末端加装校表专用接头。在校表时,便携式压力校验仪通过二阀组排污管与变送器连接,即可实现该压力变送器的免拆卸校验。
差压变送器反冲水设计示意图
差压变送器的免拆校验设计:在引压管与变送器之间安装五阀组(即图 2 中虚线框中的阀 1、阀 2、阀 3、阀 4、阀 5),并将五阀组组件 2 个排污丝堵拆除,加装校表专用接头。在校表时,便携式压力校验仪分别与五阀组的正负腔室排污处接头连接,即可实现该差压变送器的免拆卸校验。
 
2.2 管理与制度对策
(1)管理对策。为保障研究堆压力/差压变送器的正常运行与维护,需要采取一定的保障措施:①仪表维护人员需要取得压力、差压变送器校验或检定证书,具备相应的操作资格;②编制专用的仪表反冲水操作程序,撰写仪表免拆卸的校验方法;③始终贯彻一人操作、一人监督的原则,保证设备安全,保护人员安全;④加强维护人员的培训和对外交流,提升压力仪表维护综合能力。
 
(2)制度对策。在符合国家现行有关标准的基础上,应基于研究堆工况以及压力/差压变送器的特点撰写研究堆压力/差压变送器设计准则、设计规定(可参考本文的技术对策),为新建研究堆压力/差压变送器设计提供制度保障,让设计更规范、更符合研究堆应用实际。
 
3 结束语
本文研究了压力/差压变送器在研究堆应用中需要考虑的几个因素,并基于研究堆特点提出了一次仪表间、反冲水系统和仪表免拆卸校验设计的技术对策和相应的管理、制度对策,对新建研究堆压力/差压变送器的设计与维护有借鉴意义。
 
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