上网注册|上网登陆
加入收藏|下载中心|留言板

中国电力设备管理协会

首页>专业论文

核电厂放射性排水系统液位开关改造

作者:   发布时间:2019-07-05

摘  要】介绍秦山第三核电厂(简称秦三厂)重水堆机组71700放射性排水系统用浮球液位开关的改造过程,包括故障分析、设备选型、安装使用,为其他电厂同类问题解决提供借鉴。

【关键词】核电;放射性排水;液位开关;改造

1 背景

       系统71700承担着反应堆厂房内各系统正常疏水、异常泄漏放射性水的收集、处理和排放功能。各类水先汇集到相应区域的地坑,到达一定量后坑内的液位开关动作启动疏水泵将水排出。71700系统使用的是FQ*型浮球液位开关,靠自身重力悬挂于地坑壁附近,一个开关对应一个液位控制点,当水位上升到该高度,开关浮起翻转,里面的触点动作。单个地坑最多有低/低、低、高、高/高、超高液位控制/报警五个浮球,吊放于不同高度。因71700系统地坑收集的水质较脏,浮球开关工作环境恶劣,故障率高。据不完全统计,2000~2007年间,秦三厂两台机组71700系统共发生因浮球开关故障引起的缺陷132次,厂房和设备被水淹33次,更换浮球105个。

       浮球开关故障原因有:球体与导线结合处密封不好,球体进水,导致内部开关机构浸泡、污损;不同高度液位开关导线相互缠绕,球体无法翻转;球体被导线与地坑壁夹住无法翻转;球体内开关机构失效,无法触发或复位;开关接线盒位于地面上,内部端子易锈蚀,导致开关虚假信号。FQ300型浮球液位开关可靠性低,影响了71700系统功能,须进行改造。

2 方案选择

2.1 静压式液位计

       工作原理见图1。静压式也称为投入式,将测量元件放入容器底部,介质产生的静压造成测量元件内的电容变化,电容值传输到主机(变送器),被转换为4-20mA、0-5Vdc等输出信号。

 

图1 静压式液位工作原理

 

       可行性分析。静压式液计安装方便,不受安装空间大小影响,但由于测量元件长期埋在底部,对其密封性和耐腐蚀性要求高,且测量膜片要保持清洁,如果被泥沙掩埋则无法正确测量静压。71700系统大部分地坑水中含有放射性或酸碱性泥沙淤积,测量元件易被掩埋;同时在地坑进水和排水过程中测量元件在水中摇晃,会导致连接缆磨损或者膜片碎裂。

       结论:静压式液位计适合较干净、整体较平稳的介质液位测量,不适合71700系统使用。

2.2 超声波液位计

      工作原理见图2。非接触式,探头从被测介质顶部发射超声波脉冲(35~70kHz),达到被测介质表面后被反射回来,探头予以接收。超声波脉冲传播速度一定,从发射到接收回波时间与探头到被测介质表面的距离成正比,经处理后液位计输出相应电信号。

 

图2 超声波液位工作原理

 

       可行性分析。超声波液位计采用非接触式测量,安装/调试简单、维修方便,但声波是以一定波束角发射,传导发射区域内需没有障碍。71700系统地坑中有金属格栅板、排水管、潜水泵及线缆,且地坑边/径通常不大,地坑壁的回波会干扰正常的测量。超声波探头还有一共性不足:当气温、湿度变化时,水汽会在探头表面凝结,造成声波无法正常发射、接收而影响测量。

       结论:超声波液位计适用于敞口池、水处理等液位测量,不适合71700系统使用。

2.3 导波雷达液位计

       工作原理见图3。探头发射的电磁脉冲以光速沿钢缆、棒或包含一根棒的同轴套管传播,接触到被测介质后,部分脉冲被反射,回波沿原路径返到发射探头。电磁脉冲传播速度一定,从发射到接收回波时间与探头到被测介质表面的距离成正比,经处理后液位计输出相应电信号。

 

图3 导波雷达液位计工作原理

 

       可行性分析。导波雷达液位计具有以下优点:发射、测量、传感元件全都在表头中,钢缆只作为天线传导雷达波,不存在如静压式液位计因泥沙掩埋损坏元件、仪表的问题;微波沿着钢缆发射,绝对精度可以达到5mm,不会发生如超声波液位计由于虚假回波引起测量错误;钢缆全部采用不锈钢316L材质,耐腐蚀;电磁波具有良好的穿透性,钢缆上黏附的泥沙、杂物不影响测量。

       结论:导波雷达液位计测量原理成熟、适应性广,且可以不带料调整,安装、调试成本低,适合71700系统使用。

3 仪表选型

       拟选用的导波雷达液位计须满足现场控制需要,同时工作电源、安装方式应就地取材,尽可能不改变原有设计和布置,具体要求:实现五个液位设定点测量和报警;开关信号直接接入原电路;仪表工作电源为110Vac;使用地坑盖板上原有安装孔;仪表性能维护方便、可靠性高。经对比,最终选用某品牌智能仪表,由液位测量探头、信号处理器(带显示,输出低/低、低、高、高/高液位开关量)和报警模块(输出超高液位报警),安装示意见图4。

 

图4 导波雷达液位计安装示

 

4 安装与调试

4.1 安装

      探头:安装于原浮球开关线缆贯穿孔位置-地坑盖板中央(见图5),通过法兰固定。为稳定探头下方的导波钢缆,将原配吊锤更换为不锈钢配种盘。头输出接线套管均采用不锈钢密封接头,提高防水性。探头工作电源由信号处理器提供,输出4-20mA电流信号。

 

图5 探头安装图

 

      信号处理器:就地仪表箱如有空间,则将信号处理器安装其中;若没有空间,则加装单独的仪表箱,进出线缆均走保护套管。110Vac工作电源取自控制回路,未额外增加。处理器接收探头的测量信号,输出的四路开关信号接入控制回路的相应位置。

      报警模块:与信号处理器串联安装在同一仪表箱里(见图6),将探头的输出信号转换为开关量,送主控室实现超高液位报警功能。

 

图6 信号处理器和报警模块安装图

 

4.2 调试

       探头见图7。探头安装在地坑顶端盖板上,距底部高度h(已知常数),通过测量探头与水面距离D,换算出积水深度L=h-D;s为满液位深度,已知常数;就探头测量距离D:当0液位时,即L=0,D(0)=h;当满液位时,即L=s,D(100%)=h-s。将D(0)和D(100%)两个数值用HART通讯器设置到探头中即可,确认探头输出4~20mA信号。

 

图7 测量液位计算

 

       信号处理器带显示及四路开关输出功能:显示设置。输入4~20mA信号,将显示设置为相应的地坑液位深度,如0~5米;开关设置。将原液位报警值折算成相应百分比,如30%。

       以上设置通过处理器上按键操作即可。

       报警模块:模拟输入超高报警液位相应的电流信号,调节设定值旋钮。

5 效果评测

       导波雷达液位计集成化、模块化程度高,安装、设定简单;探头外壳为不锈钢,全密封设计,抗腐蚀、防潮防水,可以在废水、海水等恶劣水质下使用。71700系统浮球液位开关于2008年完成改造,至今导波雷达液位计未发生过因自身问题导致的故障,大大减轻了维修人员工作量和维修材料成本。

       因地坑内环境恶劣,排水泵停电/故障或进水过多,地坑积水可能会漫到/过探头,探头被挂上杂质,发生后对探头进行清理即可。另,探头可连接计算机,通过组态软件检查反射波曲线,对判断干扰源提供了有效手段。在日常维护中,可以用装有组态软件的 PC 机远程观察反射波曲线图,定期检查反射波是否存在被干扰的现象。如果存在,检查探头安装位置附近是否有金属物或固体杂质。基于设备可靠性高、免维护等特点,导波雷达液位计在方家山、三门、大亚湾等核电机组中都有较广泛应用。

    (此专文摘自《电力设备管理》杂志文库,专文主创:中核核电运行管理有限公司  岳春生  江沈伟  姜向平)