压力变送器

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核电厂常用压力变送器的种类以及选型方法和注意事项

作时间:2017-09-06  来源:  作者:
   

 【内容摘要】本文介绍了核电厂常用压力变送器的种类,结合核电厂对于压力变送器的技术要求,给出了选型方法及注意事项,为核电厂的仪表选型设计工作提供参考。

 
在核电厂中,过程检测仪表是整个仪控系统与工艺过程的接口,仪表性能的优劣直接影响到仪控系统的性能。诸类过程检测仪表中,压力变送器的应用最广泛、最普遍,主要用于检测工艺系统的压力、流量和液位,其中安全级压力变送器为核电厂保护系统和事故后监测系统提供必需的信号,用于安全保护和事故后监测。同时,严重事故管理所需的压力变送器在严重事故工况下的可用性也关系到严重事故管理导则中的严重事故管理策略在实际中能否真正实现。因此,正确、合理地选用压力变送器对确保核电厂安全、可靠运行十分重要。
 
一、压力变送器的种类
        压力变送器的种类较多,根据不同的分类原则可分为如下类别。
        (一)按照测量压力类型。变送器可分为压力变送器、差压变送器和绝压变送器
        (二)按照测量原理。核电厂常用的压力变送器按照测量原理可以分为:电容式变送器、压敏电阻式压力变送器、电感位移压力变送器以及力平衡式变送器。
        (三)按照是否直接测量介质。压力变送器可分为基型变送器和带远传毛细管的法兰变送器
        (四)按照执行的功能。按照仪表是否执行安全功能可将核电厂的压力变送器分为压力变送器和非安全级压力变送器,安全级压力变送器要根据不同的鉴定要求进行质量鉴定以确保在需要时能够正确执行其功能。
 
二、压力变送器设计的原则
        核电厂的压力变送器选型设计主要考虑以下原则:
        一是满足核电厂压力变送器相关设计、制造、检验及质量鉴定标准规范要求;
        二是满足工艺系统对该类型仪表的测量要求;
        三是满足核电厂执行安全功能、安全分析、事故管理导则中对该类型仪表的特殊要求;
        四是便于对仪表进行安装维护;
        五是考虑提高设备的国产化率,在满足技术要求的基础上尽可能选择国产化产品;六是适应后续电站设备改造的要求,尽量减少仪表的种类,方便维护。
 
三、压力变送器的选型
        核电站压力、差压变送器的选型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,同时还必须满足全数字化仪控系统的设计要求,并考虑电站的运行、维护要求。选型时应具体考虑如下问题。
 
(一)安全分级。
        核电站的安全运行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、余热排出、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(1E)级电气设备。尤其对于安装在核电站安全壳内的核级差压/压力变送器,因工作在有辐照的环境条件中,并且要求在地震和事故工况下(如 LOCA 事故)保持其功能与性能,工作条件非常严酷。为使变送器在寿期内保证在核电站正常运行工况或者事故工况下经受最苛刻的环境条件执行规定的安全功能,必须使用经过质量鉴定合格的变送器产品。
 
        其中对于部分需要将信号送往事故后监测系统和保护系统的仪表,应按照 RCC - E 中关于 K1、K2、K3 级仪表的要求(部分可等效采用 IEEE - 323/344 的要求)选择经过质量鉴定的仪表。同时考虑满足电站的安全准则,由于国产化的能力有限,部分 K1 类的仪表考虑国外公司具有核电供货资格且有成熟应用经验的产品。
 
        对于严重事故必须使用的压力变送器,应按照技术要求对变送器进行质量鉴定或者具有一定可信度的分析,以证明其能耐受严重事故环境条件并在事故中及事故后可用。
 
(二)变送器类型及测量范围。
        根据工艺参数要求,被测压力类型不同选择相应的压力、差压或者绝压变送器,并且在选型时要考虑设备的工作压力等级,变送器的工作压力等级。所选变送器的量程在变送器的测量范围内;所选变送器的量程在变送器的实际可使用的量程比范围内;所选变送器的量程尽量接近变送器的最大量程。
 
        在测量稳定压力时,一般压力变送器的量程选择接近或略大于正常压力值的 1. 5倍;在测量脉动压力时,一般压力变送器选择接近或略大于正常压力值的 2 倍,并考虑变送器的超量程过载能力;在测量泵出口压力时,一般最大量程选择接近泵出口的最大压力值;在测量高压压力时,一般最大量程选择应大于最大压力测量值的 1. 7 倍。测量范围一定应处在变送器的量程范围内,不得低于变送器的最小量程,尤其在差压测液位的应用中,要注意变送器迁移后的量程不应超过变送器的最大量程(URL),否则将无法准确测量。在选用差压变送器时,应考虑耐静压能力及静压对测量精度的影响。对于被测介质是粘稠、易凝、易结晶或者高温的情况,可以选择远传法兰变送器。对于用于事故后监测的安全壳地坑水位的连续测量,也选择了单边毛细管的远传法兰变送器。对于远传法兰压力、差压变送器,选择毛细管长度时,既要考虑安装和维护的方便,又要考虑毛细管过长对测量造成的影响,如温度变化造成的输出变化和相应速度慢等不利因素。
 
(三)选择合适的材质。
        根据被测介质的物理和化学性能,选择变送器的接液部分(过程接口)和非接液部分、隔离膜片的材质。与介质接触的部分,变送器材料应符合 RCC 系列标准的要求,一般要求为采用奥氏体超低碳不锈钢材料加工,目前常用的如 304L 或 316L(ASTM 标准),涉及到海水介质的系统应选择耐腐蚀的哈氏合金 C。同时,要考虑核清洁度的要求,按照与一回路、注入一回路的介质以及二回路流体、废液贮罐的不同,执行不同的清洁度要求。在实际选型过程中也会因变送器本身结构的不同,有些特殊处理,例如变送器的泄放部分为针形阀,其中密封钢球如果也采用316L,多次泄放操作后会对密封面不利,因此这种情况可以考虑采用材料为 316 的密封钢球。
 
(四)运行维护的要求。
        压力、差压变送器选型一是要考虑控制通道要求,根据控制性能要求选用精度较高的仪表,其中用于试验仪表系统(KME)系统热平衡计算的仪表,根据精度的要求,选用了精度(0. 025%)和性能更好的压力差压变送器。二是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。(五)其它注意事项。在压力变送器的选型设计中,还应注意在安全准则中,对于特殊测点的功能精度、响应时间、事故后精度、一致性等要求。此外,仪表所处环境如有可燃和爆炸危险气氛的存在,则需要考虑防爆。有部分仪表在电气设备分级清单中虽然为非安全级,但有地震情况下执行功能的要求,或者安装位置的辐射分区有一定辐照剂量,为保证仪表的长期工作的测量精度及稳定性,此类仪表在选型时通常考虑加做辐照老化并经过抗震试验的压力变送器。
 
四、结语
        本文描述了核电厂常用压力变送器的类型及设计原则,对选型设计中需考虑的问题及特殊的注意事项进行了归纳与总结,可用于核电项目的压力仪表选型工作参考。
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