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壓力/差壓變送器應用于核反應堆(研究堆)應考慮的因素與對策研究

發表時間：2019-04-15|? 聯系電話：15601403222 、 13915181149

摘要：壓力/差壓變送器被**應用于研究堆的參數測量，若應用不當將會影響到工藝系統安全和人員設備安全，此外若測量信號不可靠或設備故障失效將會給研究堆帶來嚴重的安全事故和經濟損失。本文就壓力/差壓變送器在研究堆應用中應考慮的因素和對策展開研究，建議設計一次儀表間和一套壓力/差壓變送器反沖水系統并應用儀表校驗免拆卸方法，以實現壓力/差壓變送器的可靠測量和高效維護，使設備的運行和維護滿足研究堆安全運行和有效利用的要求。

引言

壓力/差壓變送器是一種將壓力轉換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設備，具有性能穩定、精度高、性價比高等特點，在研究堆放射性工藝回路系統（放射性回路）和非放射性工藝回路系統（非放射性回路）中被**應用，可用于各設備本體或工藝管道的液位、流量、壓力和壓差等測量。對研究堆而言，壓力/差壓變送器測量與轉換的質量直接關系到研究堆工藝參數采集的準確度、靈敏度和穩定性，測量信號的不準確或故障失效甚至會給研究堆帶來嚴重的安全事故和經濟損失。因此，在滿足研究堆設計標準、考慮多種影響因素、克服惡劣測量環境的背景下，如何保證壓力/差壓變送器測量滿足系統使用要求，需要深入研究，從而保障壓力/差壓變送器的運行和維護滿足研究堆安全運行和有效利用的要求。

1 壓力/差壓變送器在研究堆應用中應考慮的因素

1.1 安全因素

（1）工藝系統安全。在研究堆上應用壓力/差壓變送器需要嚴格遵守核反應堆相關法律法規要求，尤其是應用在研究堆保護系統以及放射性工藝回路系統上的變送器，更需要在設計之初便考慮周全，防止在應用中因自身問題對系統安全造成影響。一方面，應用在研究堆保護系統安全重要參數（出/入口壓力和入口流量）測量的壓力/差壓變送器，是屬于保護系統的一部分。根據HAF102—2016 5.4 章節要求安全重要物項的設計，必須保證設備具有足夠的可靠性和有效性，以及 HAF201—1995 4.6 章節要求保護系統的測量設備應采用獨立性原則，以提高系統的可靠性，尤其是發生共因故障時的可靠性。另一方面，根據 GBT13632.0—2006 6.2 章節要求，差壓變送器的布置應考慮*優化的原則。通過合理設計與安裝壓力/差壓變送器（包括安全重要參數和非安全重要參數設備），避免系統之間通過變送器環節交叉污染，降低壓力/差壓變送器相關的放射性廢物產出，并將輻射照射保持在合理盡可能低的水平。

（2）人員與設備的安全。就研究堆而言，壓力測點分散在不同樓層的工藝房間內，工藝間內設備繁多、管線復雜，且大部分工藝房間為放射性環境。因此，壓力變送器應相對集中布置，避免人員逐一到各工藝現場維護，降低人員的受照劑量和安全風險。在強放射性環境中，壓力/差壓變送器內部元器件將被加速老化，可能導致設備過早失效。因此，壓力/差壓變送器應布置在非放射性或低放射性場所，降低放射性對變送器安全的影響。

1.2 測量誤差因素

（1）變送器位置對測量的影響。通常在研究堆建設之初，由于總體設計的需要或因強放射性環境、高溫、狹小空間等的制約，壓力/差壓變送器往往不能安裝在工藝現場的測點附近，而是通過引壓管將管道或設備上的介質引壓到適當的位置再安裝壓力/差壓變送器，因此測點與變送器之間可能會形成標高差。當變送器位置低于測點標高，引壓管中的傳壓介質因高度差產生附加壓力，從而影響壓力變送器測量的準確性；當變送器位置高于測點標高，變送器腔室壓力會受引壓管氣體影響而形成測量誤差；當變送器與測點標高一致時，標高不會對測量產生影響。

（2）研究堆工況對測量的影響。研究堆根據任務需要及自身特點，堆本體和工藝系統每個月都將經歷一次運行和維護，在運行期間也可能需要對部分系統管道或設備進行切除及投入，變化的工況使導壓管內或差壓變送器表腔內存在氣體，變送器的腔室壓力發生變化，進而使用于液位或流量等測量的差壓變送器指示不穩定 [1] ；同時若導壓管內或變送器表腔內充滿放射性水將可能會沾污儀表，影響儀表的校驗和維修。

（3）變送器校驗對測量的影響。一般在校驗壓力/差壓變送器時，需要拆卸引壓管與變送器之間的接頭，將便攜式壓力校驗儀與變送器本體連接，在校表結束后再恢復引壓管與變送器之間的連接。盡管壓力儀表校驗周期為 1~2 a，但多次的拆卸可能會引起引壓管接頭絲扣處滑絲而滲漏液體；此外，部分引壓管與變送器的連接比較緊湊，拆卸和安裝引起的變形會產生應力 [2] ，可能會對變送器測量準確度產生影響。

2 壓力/差壓變送器在研究堆應用中的相關對策

針對壓力/差壓變送器在研究堆應用中的安全與測量誤差的問題，本文在滿足國家相關法規標準的基礎上，結合研究堆的實際情況提出了相關技術和管理對策。

2.1 技術對策

為了滿足研究堆的測量要求和各方面安全，同時為了降低壓力/差壓變送器的維護難度，應在非放射性或低放射性房間將壓力/差壓變送器集中布置，設計一個“壓力/差壓變送器一次儀表間”；同時還應設計一套儀表反沖水系統以及免拆校驗方法以降低或消除測量誤差。

（1）設計一次儀表間。“壓力/差壓變送器一次儀表間”可簡稱為“一次儀表間”。一次儀表間的位置選定應綜合考慮房間內各變送器對應的測點標高情況。就研究堆而言，壓力變送器的測點基本分布在一次水和二次水回路管道或設備上，各測點通過引壓管將管道或設備上的介質引壓匯集到一次儀表間的變送器，通過校準儀表零點或遷移量程可以消除或降低標高差帶來的測量誤差 [3] 。依據研究堆保護系統設計法規標準等要求，設計的一次儀表間分為 4 個區，1、2、3 區布置保護系統相互物理隔離的 A、B、C 三通道（研究堆一般為三重冗余結構），同時一次水回路相應的變送器也布置在該區域；4 區布置二次水回路相應的變送器。因此，通過一次儀表間的布置不僅使設計滿足法規要求而且利于引壓管和反沖水管線的布置，同時也防止了一次水（具放射性）與二次水（不具放射性）在變送器環節的交叉污染。

此外，由于從一回路工藝管道或設備上取壓的壓力變送器，在對其進行校驗或維修過程中，可能會從儀表腔室或引壓管末端泄漏一定量的放射性水，因此需要在一次儀表間設計放射性地漏，將產生的廢液匯集引出處理。

（2）設計反沖水系統。針對研究堆工況的變化導致導壓管內或變送器表腔內產生氣體，以及導壓管內或變送器表腔內若充滿放射性水將影響儀表的校驗和維修等問題，一次儀表間應設計一套壓力/差壓變送器反沖水系統。反沖水系統對所有壓力/差壓變送器進行沖水排氣，提高測量可靠性，同時與具有放射性的一次水之間建立水墊，防止變送器污染。反沖水系統水源為去離子水，壓力應與研究堆水壓匹配，防止反沖水水壓過高對工藝系統設備造成破壞。壓力、差壓變送器的反沖水系統設計見圖 1 和圖 2，可以實現壓力/差壓變送器表腔和相應引壓管的沖水排氣。

（3）應用儀表校驗免拆卸方法。鑒于研究堆的傳壓介質為不黏稠的液體，一次儀表間在設計時直接在變送器與引壓管之間用閥組替代單個的截止閥，在校表時無需拆卸引壓管與變送器之間的接頭，只需通過借用閥組的排污口作為校表口，即可實現儀表的免拆校驗 [4] 。

壓力變送器的免拆校驗設計為：在引壓管和壓力變送器之間安裝一個二閥組（即圖 1 中虛線框中的閥 2 和閥 3），并在二閥組排污管末端加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀通過二閥組排污管與變送器連接，即可實現該壓力變送器的免拆卸校驗。

差壓變送器的免拆校驗設計：在引壓管與變送器之間安裝五閥組（即圖 2 中虛線框中的閥 1、閥 2、閥 3、閥 4、閥 5），并將五閥組組件 2 個排污絲堵拆除，加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀分別與五閥組的正負腔室排污處接頭連接，即可實現該差壓變送器的免拆卸校驗。

2.2 管理與制度對策

（1）管理對策。為保障研究堆壓力/差壓變送器的正常運行與維護，需要采取一定的保障措施：①儀表維護人員需要取得壓力、差壓變送器校驗或檢定證書，具備相應的操作資格；②編制專用的儀表反沖水操作程序，撰寫儀表免拆卸的校驗方法；③始終貫徹一人操作、一人監督的原則，保證設備安全，保護人員安全；④加強維護人員的培訓和對外交流，提升壓力儀表維護綜合能力。

（2）制度對策。在符合國家現行有關標準的基礎上，應基于研究堆工況以及壓力/差壓變送器的特點撰寫研究堆壓力/差壓變送器設計準則、設計規定（可參考本文的技術對策），為新建研究堆壓力/差壓變送器設計提供制度保障，讓設計更規范、更符合研究堆應用實際。

3 結束語

本文研究了壓力/差壓變送器在研究堆應用中需要考慮的幾個因素，并基于研究堆特點提出了一次儀表間、反沖水系統和儀表免拆卸校驗設計的技術對策和相應的管理、制度對策，對新建研究堆壓力/差壓變送器的設計與維護有借鑒意義。

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