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压力差压控制器在核电站设计中的应用

 发布时间:2017-06-14 点击量:803

压力、差压控制器广泛用于核电站的工艺系统压力、流量、液位测量、为核电站的安全、稳定运行提供必要的控制和调节信号。本文主要介绍了压力、差压控制器在核电站中的选型设计和安装设计要求,同时针对压力、差压控制器在秦山核电站二期扩建工程的设计、安装、调试中出现的问题及处理情况进行了总结,为后续核电项目科学合理的选择压力、差压控制器有一定的指导意义。

   1.引言

   在核电站中,过程控制仪是整个仪控系统与工艺过程的关键接口,仪表性能的优劣直接影响到仪控系统的性能。压力差压控制器的应用在诸类过程控制仪表中zui广泛、zui普遍,主要用于通过控制工艺系统的压力、流量和液位来调节各工艺系统的参数,对确保核电站安全、可靠运行十分重要。

   2 压力差压控制器设计

   2.1选型设计

   热工过程控制系统中与反应堆密切相关的压力、差压、液位、流量等重要参数,大部分都是采用压力、差压控制器来测量的,因此选用合适的压力、差压控制器器对控制系统的稳定运行起着关键的作用。核电站压力、差压控制器的应用通常根据该设备所执行的功能、被测工艺介质的类型、测量范围、特性、安装条件、环境条件、仪表性能、经济性等方面来考虑,不仅满足高可靠性、高稳定性、高精度的要求还要满足保护系统安全设计要求。

   2.1.1基本原理

   垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力,当被测压力达到额定值时可发出报警或控制信号的压力控制装置称为压力控制器。它的工作原理是:当被测压力超过额定值时,弹性元件的自由端产生位移,直接或经过比较后推动开关元件,改变开关元件的通断状态,达到控制被测压力的目的。

   如果被测管路有两个取压点:高压端和低压端,这两个取压点的压力差称为差压,当被测压达到额定值时可发出报警或控制信号的控制装置称为差压控制器,差压控制器是差压敏感元件通过控杆促动微动开关,设定值通过弹簧调节。

   2.1.2选型原则

   (1)首先要考虑控制器的安全分级:核电站的安全主要取决于执行安全功能的设备的可靠性。对于执行紧急停堆、应急堆芯冷却、余热排除、安全壳隔离、安全壳排热及防止放射性物质向环境释放这些安全功能的电气设备,称为安全(IE)级电气设备。

   核电站核岛的压力、差压控制器分为核级(K3)和非核级(NC)两种。K3类控制器的签定要求为:安装在安全壳外,应能在正常运行条件和地震载荷条件下保持其功能。

   (2)压力、差压控制器类型及测量范围:根据被测压力类型不同选择相应的压力、差压控制器、并且在选型时要考虑设备的工作压力等级,控制器的工作压力等级。所选压力、差压控制器的设定值应在控制器的测量范围内(为保证较好的重复性一般需求在控制器测量范围的10%-90%之间);所选控制器的设定值的回应差应满足工艺运行要求。在选用压力控制器时,应考虑控制器的zui大耐压能力;在选用差压控制器时,应考虑静压能力,如高静压的应用场合,要选用耐高静压的差压控制器进行测量。

   (3)选择合适的材质:根据被测介质的物理和化学性能,与介质接触的部分材料选择为316L,涉及到海水介质的系统应选择耐腐蚀的哈氏合金C,如为气体可采用其它材料。位于RX厂房的仪表外壳材料要求不能含有铝和锌,用不锈钢或铸铁涂核电站用去粘污漆。

   (4)考虑特殊要求:仪表所处环境有可燃和爆炸危险气氛的存在,则需要考虑防爆,如测量TEG压缩机压力的TER027SP等所处环境有含氢废弃的三废系统的部分控制器。

   2.2安装设计

   对仪表引压管路的设计要考虑维护的方便性:考虑辐射防护分区,仪表应布置在人员可达的区域,安装在仪表架上方便维修和操作,满足定期试验的要求和仪表校验要求。对核级的压力差压控制器的引压管路要采用三维图的形式表示仪表引压管的走向,要选用经过核级签定的管阀件,管路根据现场实际情况敷设后必须通过抗震计算才能满足要求。

   3 压力、差压控制器在秦山核电二期扩建工程的设计、安装、调试中出现的问题及处理情况总结

   3.1设计过程中的问题及处理情况

   压力、差压控制器的设定值在控制器调节范围内,但是高定值与范围下线接近或者低定值与范围上线接近,造成控制器的重复性精度差,影响控制器功能,经与供货商进一步交流,了解到供货商的控制器位保证较好的重复性一般要求设定在控制器测量范围的10%-90%之间。

   设定点为上限(H)设定时需考虑zui小设定值是量程的10%加上底部回差值。下限(L)设定时需考虑zui大设定值是量程的90%减去顶部回差值。具体计算方法举例说明如下:

   1、量程的定义:量程=产品说明书所列范围的量程上限-量程下限,

   即10%量程=(量程上限-量程下限)X10%;

   90%量程=(量程上限-量程下限)X90%。

   2、定值计算方法:

   H型设定点:

   zui低设定值=【(量程上限-量程下限)X10%+量程下限】+10%量程回差值

   (须保证设定点在10%量程范围以上)

   zui高设定值=量程上限-【(量程上限-量程下限)X10%】

   L型设定点:

   zui低设定值=(量程上限-量程下限)X10%+量程下限

   zui高设定值=-90%量程回差值

   (须保证设定点在90%量程范围以下)

   当然,也有些供货商的产品承若在全量程范围内均能保证较好的重复性精度,也就不需要上面这种计算了。

   3.2安装调试阶段出现的问题及处理情况

   控制器的定值分为高报和低报,高报是上升报,低保是下降报。压力控制器都有一定的回差,也就是控制器触点动作到触点恢复之间的压力差,因此回差值永远为正值。

   3.2.1控制器回差过大造成报警区域重叠

   反应堆换料水箱的液位控制高报警值是17.05m。低报警值是16.75m,zui初选用的控制器回差是15-20KPa,超过高报警与低报警差值,运行中会出现高报未消低报出现的情况,不能满足运行要求,因此应该更换回差更小的控制器以满足运行要求。

   3.2.2控制器回差过大造成报警出现后运行参数恢复正常时报警无法消除

   反应堆堆坑通风系统测流量的差压控制器的抱警值为0.9KPa,正常运行期间是1KPa,而zui初所选的控制器回差是0.5~0.55KPa,回差大于定值与介质正常运行值之间的差值,造成报警出现后运行参数恢复正常时报警无法消除。因此应该选用更小回差的控制器,使报警能及时消除,以免影响运行。

   4 总结

   总之,科学合理的选择压力、差压控制器不仅可以节约成本,而且有利于现场的安装,调节和控制,对核电站的安全性也起着至关重要的作用。本文主要介绍了压力、差压控制器在核电中选型设计和安装设计要求,同时针对压力、差压控制器在秦山核电二期扩建工程的设计、安装、调试中出现的问题及处理情况进行了总结,为后续核电项目科学合理的选择压力、差压控制器有一定的指导意义。

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