核電機(jī)組分體式 K1 差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)充液技術(shù)分析

分析核電機(jī)組壓力容器和穩(wěn)壓器的液位測(cè)量分體式 K1 差壓變送器。液位測(cè)量對(duì)電廠建設(shè)期間的一回路進(jìn)水、水壓試驗(yàn)及運(yùn)行期的一回路液位監(jiān)控和事故分析起著極其重要的作用。變送器的傳感器和變送單元分開布置在安全殼和電氣廠房，通過特有的抽真空、充液、無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)等工藝直接在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。充液是技術(shù)難點(diǎn)和保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。介紹一回路液位測(cè)量、K1 差壓變送器工作原理和特性，分析現(xiàn)場(chǎng)抽真空、充液工藝及無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)、靜壓試驗(yàn)及調(diào)試校驗(yàn)結(jié)果。最后，介紹安裝過程中遇到的主要問題，總結(jié)核電機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，提出改善方案優(yōu)化抽真空、充液工藝和安裝管理，為后續(xù)機(jī)組提供參考。

核電壓力容器和穩(wěn)壓器液位測(cè)量，用于工況監(jiān)控和事故分析，對(duì)核電運(yùn)行安全極其重要。變送器由隔離模塊、傳感單元和變送單元組成，其中隔離模塊直接與過程工藝管道連接。變送器的隔離模塊、毛細(xì)管、傳感單元安裝在核島中，變送單元安裝在電氣廠房，并通過接線盒和電纜連接。分體結(jié)構(gòu)避免變送單元工作在 Local 工況高輻照、高溫、高壓工作環(huán)境，保證變送器的壽命、可維護(hù)性、穩(wěn)定性及可靠性。

變送器以散件形式發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝，涉及抽真空、充液、無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)、靜壓試驗(yàn)等特殊工藝?，F(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境惡劣，抽真空工藝要求非常高，如 HP 真空度為 0.02 mBar。在核島高溫、高濕的環(huán)境下，要達(dá)到如此高的真空度要求，須對(duì)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則直接影響變送器的測(cè)量精度和使用壽命。

1 RCP 液位測(cè)量和分體式 K1 差壓變送器

1.1 RCP 液位測(cè)量

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）的液位測(cè)量分為承壓階段的測(cè)量和卸壓階段的測(cè)量。RCP 承壓階段液位由供貨的分體式 K1 差壓變送器測(cè)量，分為正常熱態(tài)運(yùn)行工況下的液位測(cè)量和一回路發(fā)生失水事故情況下的液位測(cè)量。

正常熱態(tài)運(yùn)行工況下，反應(yīng)堆壓力容器充滿水，平均溫度 314℃，壓力 15.5 MPa，整個(gè) RCP 系統(tǒng)只有穩(wěn)壓器上部存在汽空間，RCP 的水位等同于穩(wěn)壓器水位。穩(wěn)壓器水位傳感器 RCP007、008、011MN 測(cè)量，信號(hào)精度高，用于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)和穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)[1]。

一回路失水事故工況下，RCP 液位可能直接下降到堆芯以下，利用四個(gè)壓力容器水位測(cè)量計(jì) RCP090、091、092、093MN 監(jiān)測(cè)堆芯淹沒情況，總共 6 臺(tái)差壓變送器，分 A、B 系列，每列 3 臺(tái)，如圖 1 所示。

1.2 分體式 K1 差壓變送器

變送器屬于分體式差壓電感式，由高壓隔離模塊、低壓隔離模塊、變送單元、信號(hào)處理抽屜等部分組成[2]，如圖 2，分體式 K1 差壓變送器工作原理。

1.3 JUV 抽真空組件

變送器通過專用工器具 JUV 實(shí)現(xiàn)抽真空和充液。抽真空指將變送器和 A 類水中的真空度抽到要求值，以避免變送器和隔離模塊之間由氣泡而影響壓力傳遞、液位測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間。充液指在真空度達(dá)到要求之后，將 A 類水按規(guī)定的操作流程和填充容器注入變送器中。JUV 結(jié)構(gòu)如圖 3。

2 分體式 K1 壓力變送器的安裝

分體式 K1 壓力變送器安裝工作主要包括先決條件檢查、變送模塊標(biāo)定、傳感器抽真空和充液、傳感器無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)和靜態(tài)壓力驗(yàn)證試驗(yàn)等。

2.1 先決條件檢查

第一項(xiàng)工作是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件進(jìn)行檢查，檢查主要工作順序。

（1）參照?qǐng)D紙，對(duì)變送器毛細(xì)管的敷設(shè)路徑、毛細(xì)管橋架搭設(shè)及變送器支架的安裝位置進(jìn)行檢查和測(cè)量。

（2）安裝房間的隔離區(qū)搭設(shè)、空調(diào)和除濕機(jī)設(shè)置、腳手架搭設(shè)、臨時(shí)電源、臨時(shí)照明等進(jìn)行檢查。

（3）申領(lǐng)變送器組件和專業(yè)工器具：抽真空泵組件（以下簡(jiǎn)稱 JUV）和仿真實(shí)驗(yàn)儀（以下簡(jiǎn)稱JUS）。

（4）準(zhǔn)備 A 類除鹽水、壓縮空氣、溫濕度計(jì)、毛細(xì)管密封膠、螺栓防咬劑、無水酒精等易耗品。

2.2 隔離膜塊檢查和變送器校準(zhǔn)

依照計(jì)量法規(guī)，在變送器安裝之前進(jìn)行校準(zhǔn)。分體式 K1 變送器在安裝之前，必須進(jìn)行標(biāo)定，流程如下。（1）隔離模塊檢查：檢查隔離膜片是否變形、腔室是否有異物。（2）變送器校準(zhǔn)：進(jìn)行零點(diǎn)和滿量程校準(zhǔn)。（3）線性度檢驗(yàn)：對(duì)線性度進(jìn)行檢驗(yàn)，線性度高于 98.5% 為合格。

2.3 抽真空和充液

抽真空和充液是變送器安裝中最核心的工藝，直接關(guān)系到變送器的測(cè)量精度和使用壽命，工作流程如下。

（1）變送器低壓隔離模塊 LP 和高壓隔離模塊 HP，經(jīng)毛細(xì)管連接到傳感器 Sensor 低壓“-”端和高壓“+”端。

（2）LP 抽真空和充液：適度松開 LP 上的球形螺栓，將充液軟管連接在 LP 充液接頭和 JUV 充液接頭上，同時(shí)在 Sensor 的低壓側(cè)連接真空表（Gauge）。LP 持續(xù)不間斷抽真空的時(shí)間為：穩(wěn)壓器 LP 4 小時(shí)、壓力容器 LP 24 小時(shí)。

（3）JUV 連接 Sensor，真空表（Gauge）連接 JUV。HP 持續(xù)抽真空時(shí)間為 36 小時(shí)。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

抽真空過程中，JUV Tank1 內(nèi)的 A 類水和變送器不可能完全被抽真空，同時(shí)隔離模塊、毛細(xì)管、傳感器之間的密封可能存在泄漏，為保證分體式 K1變送器的高精確、靈敏度和可靠性，必須對(duì)變送器內(nèi)的氣泡容積和密封性能進(jìn)行驗(yàn)證。

在充液完成后專門設(shè)置無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)和靜壓試驗(yàn)來驗(yàn)證充液結(jié)果。無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)用于判定抽真空和充液是否合格。

2.4.1無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)

無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)是通過注射器在變送器低壓側(cè)加壓，測(cè)量注射器至 LP 處的容器改變 V1 和變送器輸出值反映的其實(shí)際容積變化 V2，最后計(jì)算、分析和比較 V1 和 V2 關(guān)系，確認(rèn)變送器 LP/HP 與傳感器之間的總氣泡大小。

圖 4，無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)示意圖。某核電機(jī)組所有分體式 K1 壓力變送器通過無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)確定的氣泡值都小于 0.1 mL，全部合格通過[3]。

2.4.2 靜壓試驗(yàn)

分體式 K1 差壓變送器直接與一回路相連，為保證一回路密封邊界完整性和變送器工作可靠，必須對(duì)變送器進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)示意圖 5。

某核電機(jī)組所有分體式 K1 壓力變送器在靜壓試驗(yàn)全部合格[3]。

2.4.3 調(diào)試校驗(yàn)結(jié)果

在變送器安裝好之后，調(diào)試隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。分體式 K1 差壓變送器全部校驗(yàn)合格，并在熱試過程工作穩(wěn)定可靠。校驗(yàn)記錄如表 1 分體式 K1 差壓變送器校驗(yàn)記錄[4]。

3 安裝中遇到的問題和優(yōu)化方案

3.1 安裝遇到的問題

某核電機(jī)組壓力容器和穩(wěn)壓器液位測(cè)量用分體式 K1 差壓變送器在安裝過程中遇到的問題如下：

（1）核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)常不可用，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，溫度常常在 40 ℃、濕度 80% 以上。真空泵持續(xù)不間斷在溫度 25 ℃、濕度 50% 以下才能達(dá)到目標(biāo)值（如 HP 0.02 mbar）?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境難以控制導(dǎo)致抽真空多次失敗，真空泵工作效能下降，進(jìn)度滯后影響現(xiàn)場(chǎng)工期。

（2）變送器機(jī)架安裝在 KCS801-804AR 核級(jí)小三箱中，機(jī)架和機(jī)柜分開采購。規(guī)格書沒有考慮邊界接口，沒有配套的特殊接線端子。

（3）NNSA 對(duì)分體式 K1 差壓變送器安裝選點(diǎn)見證，并對(duì)安裝過程的工藝流程、質(zhì)量控制等提出問題。設(shè)備廠家營運(yùn)范圍沒有現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)資質(zhì)。

（4）變送器隔離模塊的膜片上有污物，必須返修。同時(shí) RCP091MN 抽真空和充液后，進(jìn)行無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)和靜壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)線性偏移超標(biāo)，不可使用。

（5）變送器毛細(xì)管橋架沒有按照施工圖紙敷設(shè)，部分墻壁貫穿件沒有安裝，造成毛細(xì)管長度不夠和毛細(xì)管與水泥直接接觸。

3.2 優(yōu)化方案

3.2.1 先決準(zhǔn)備工作的優(yōu)化

（1）在安裝分體式 K1 差壓變送器之前，參照施工圖紙同施工單位對(duì)毛細(xì)管橋架、貫穿件的安裝位置和質(zhì)量進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行整改。

（2）在供貨商來現(xiàn)場(chǎng)之前，保證變送器內(nèi)包裝完好。由供貨商來開箱和檢查變送器是否合格。

（3）設(shè)置分體式 K1 差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量計(jì)劃，將施工單位、總承包商、供貨商納入其中，以確保供貨商在現(xiàn)場(chǎng)充液工作能滿足 HAF604 監(jiān)管的要求。

3.2.2 隔離區(qū)的優(yōu)化

后續(xù)機(jī)組建立密封嚴(yán)密的隔離區(qū)，同時(shí)隔離區(qū)配備 1 臺(tái)制冷效果好的空調(diào)和 2 臺(tái)工作除濕效果好的除濕機(jī)。嚴(yán)格控制環(huán)境溫濕度，必要時(shí)及時(shí)增加空調(diào)和除濕機(jī)。盡可能將充液服務(wù)時(shí)間安排在冬天或春天。

3.2.3 抽真空和抽樣優(yōu)化

工藝的優(yōu)化。（1）改變 JUV 抽真空泵組件，將其橡膠接管改為金屬密封接管，提高 JUV 的密封性能，提高抽真空效率。改變 JUV 的結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)一個(gè)房間內(nèi)的多臺(tái)變送器進(jìn)行抽真空，縮短工期。

（2）每周進(jìn)行 JUV 再生，除去泵內(nèi)水汽。JUV再生由在核島實(shí)施改為到辦公室實(shí)施，辦公室溫濕度控制在 20 ℃、45% 以下，以提高真空泵的性能。

（3）在抽真空泵的吸氣口設(shè)置干燥包，空氣經(jīng)過干燥包初級(jí)除濕之后再吸入泵內(nèi)。同時(shí)泵殼體外纏繞絕緣電阻絲，必要時(shí)加熱除濕。

（3）某核電機(jī)組的抽真空順序?yàn)?RCP007MN、008MN、011MN、090MN 至 094MN。鑒于現(xiàn)場(chǎng)一回路進(jìn)水和水壓試驗(yàn)只需要使用 RCP090、RCP091MN窄量程監(jiān)測(cè)一回路液位，先完成 RCP090、RCP091MN 充液之后，再完成剩余分體式 K1 變送器充液。

工作安排的優(yōu)化。（1）分體式 K1 差壓變送器的抽真空時(shí)間比較長，HP 需要持續(xù)不間斷抽真空 36 小時(shí)。合理安排抽真空計(jì)劃，充分利用周末的時(shí)間段進(jìn)行抽真空。

（2）優(yōu)化廠家分體式 K1 差壓變送器抽真空?qǐng)F(tuán)隊(duì)，由 2 人小組改為 3 人小組。3 人團(tuán)隊(duì)的抽真空效率相當(dāng)于 2 個(gè) 2 人小組，節(jié)省人工，提高工作效率。

4 結(jié)語

由于分體式 K1 變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝遇到較大困難，一度停滯不前。在作者的協(xié)調(diào)下，通過各環(huán)節(jié)的努力和改進(jìn)，克服了環(huán)境溫濕度無法控制、變送器部件不可用、進(jìn)度緊張等困難，最終通過了無氣泡驗(yàn)證試驗(yàn)、靜壓試驗(yàn)及調(diào)試校驗(yàn)，保證了設(shè)備的質(zhì)量和進(jìn)度，滿足水壓試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)需求。

本文總結(jié)和優(yōu)化某核電機(jī)組的安裝經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某核電項(xiàng)目后續(xù)機(jī)組和其他核電項(xiàng)目有重要參考意義。