（中國(guó)核電工程有限公司 電氣儀控所，北京 100840）

溫度儀表在核電廠內(nèi)的應(yīng)用

范遂，顧燕春

（中國(guó)核電工程有限公司 電氣儀控所，北京 100840）

對(duì)核電廠內(nèi)溫度儀表的分類進(jìn)行了介紹，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)工作，從溫度儀表實(shí)際應(yīng)用的角度重點(diǎn)對(duì)核電廠內(nèi)的各種溫度儀表的使用特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)核級(jí)溫度儀表的國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述。

溫度儀表；核電廠；鉑電阻；雙金屬溫度計(jì)；壓力式溫度計(jì)

0 引言

核電廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表一般分為壓力，溫度，流量，液位，分析儀表。溫度儀表作為其中的一個(gè)重要的組成部分，廣泛應(yīng)用于反應(yīng)堆保護(hù)、事故后監(jiān)測(cè)、重要設(shè)備的保護(hù)、反應(yīng)堆控制以及重要信息顯示和報(bào)警。溫度儀表種類眾多，掌握好各種溫度儀表的使用特點(diǎn)，有助于保證核電站的正常運(yùn)行和安全。

1 核電站溫度儀表的種類

核電站用溫度儀表種類眾多，可以從以下3方面進(jìn)行分類:

1）按是否執(zhí)行安全功能分

核電站溫度儀表按是否執(zhí)行安全功能分為1E級(jí)儀表以及NC級(jí)儀表。1E級(jí)溫度儀表執(zhí)行安全相關(guān)功能，即常說(shuō)的核級(jí)儀表。根據(jù)RCC-P 90萬(wàn)壓水堆核電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造規(guī)則的要求[1]，執(zhí)行下述功能所必需的電氣系統(tǒng)和設(shè)備定為1E級(jí)：

①反應(yīng)堆緊急停堆。

②安全殼隔離。

③應(yīng)急堆芯冷卻。

④反應(yīng)堆余熱和反應(yīng)堆廠房的熱量的排。

⑤預(yù)防事故或限制事故的放射性后果。

其它與安全無(wú)關(guān)的系統(tǒng)定義為NC級(jí)。

2）按信號(hào)是否需要遠(yuǎn)傳分

核電站溫度儀表按照信號(hào)是否需要遠(yuǎn)傳，分為就地儀表以及遠(yuǎn)傳儀表。就地溫度儀表均為NC級(jí)且無(wú)抗震要求，主要用于系統(tǒng)或設(shè)備調(diào)試，維護(hù)以及報(bào)警確認(rèn)；遠(yuǎn)傳儀表包括溫度傳感器以及開關(guān)量?jī)x表，此類儀表完成系統(tǒng)的控制，指示，報(bào)警以及事故后監(jiān)測(cè)。

3）按測(cè)量原理分

核電站溫度儀表按照測(cè)量原理，分為熱電阻，熱電偶，溫度控制器，雙金屬，熱敏電阻，溫度變送器，壓力式溫度計(jì)。

2 核電廠溫度儀表的選型及特點(diǎn)

核電廠溫度儀表的設(shè)計(jì)和采購(gòu)主要是按照溫度儀表測(cè)量原理的分類進(jìn)行的。下文將根據(jù)測(cè)量原理的分類逐一對(duì)各種溫度儀表的在核電廠中的使用特點(diǎn)以及使用場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明。

總體來(lái)說(shuō)，核電廠中溫度檢測(cè)元件一般選用PT100鉑電阻溫度計(jì)或熱電偶；對(duì)于就地指示儀表，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的可接近情況分別選用雙金屬溫度計(jì)或壓力式溫度計(jì)；對(duì)于僅要求發(fā)控制信號(hào)的測(cè)量選用了溫度控制器；通風(fēng)系統(tǒng)中部分測(cè)量環(huán)境溫度以及風(fēng)道溫度的儀表選用熱敏電阻；對(duì)于有高精度要求的試驗(yàn)儀表系統(tǒng)選用了溫度變送器。

2.1鉑電阻溫度計(jì)

核電站選用的熱電阻溫度計(jì)為PT100的鉑電阻溫度計(jì)。鉑電阻溫度計(jì)是核電站中各種溫度儀表中數(shù)量最多，應(yīng)用最廣的溫度計(jì)。以典型三環(huán)路壓水堆核電站為例，統(tǒng)一供貨的鉑電阻溫度計(jì)共有530支。鉑電阻溫度計(jì)廣泛應(yīng)用于核級(jí)，非核級(jí)功能。

鉑電阻溫度計(jì)具有高精度，高穩(wěn)定性及重復(fù)性，互換性，測(cè)量范圍內(nèi)很高的線性，較高的靈敏度，測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)

單；相對(duì)熱電偶，鉑電阻溫度計(jì)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，體積大，易損壞[2],成本高的特點(diǎn)。

PT100鉑電阻溫度計(jì)還具有較寬的量程范圍，A級(jí)PT100鉑電阻的量程范圍可達(dá)-100 to +450℃[3]。這個(gè)溫度范圍已經(jīng)覆蓋了核電廠中除堆芯溫度以外，核島內(nèi)所有場(chǎng)合所要求的溫度范圍。核電站一回路最高設(shè)計(jì)溫度為360℃。

核級(jí)鉑電阻溫度計(jì)需能實(shí)現(xiàn)事故工況中及事故后的安全功能。核級(jí)鉑電阻溫度計(jì)需通過(guò)相應(yīng)的環(huán)境及抗震鑒定，以證明這種能力。鉑電阻溫度計(jì)具有良好的耐事故環(huán)境條件的能力，在1979年三里島事故中，主回路鉑電阻溫度計(jì)在事故后經(jīng)檢查，在精度，動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及完整性方面保持了原有性能[4]。目前給核電站供貨的核級(jí)溫度計(jì)必須提供相關(guān)的鑒定證明同時(shí)接受核安全局的監(jiān)管。

2.2熱電偶

熱電偶依據(jù)熱電原理進(jìn)行溫度測(cè)量，熱電偶體積小，易于安裝，感溫元件費(fèi)用低，適用于寬量程范圍的測(cè)量，由于為點(diǎn)測(cè)量，所以，響應(yīng)速度快；但熱電偶具有熱電勢(shì)低，不靈敏，需冷端補(bǔ)償，需要專門的補(bǔ)償電纜，線性沒(méi)有鉑電阻高等缺點(diǎn)。

典型三環(huán)路壓水堆核電站統(tǒng)一采購(gòu)的熱電偶共有148支,國(guó)內(nèi)核島內(nèi)使用的熱電偶為鎳鉻鎳鋁的K型熱電偶而非鎳鉻鎳硅型熱電偶, 常規(guī)島使用的是E型熱電偶。核島內(nèi)的熱電偶主要集中在堆芯測(cè)量系統(tǒng)，硼伴熱系統(tǒng)。

由于熱電偶具有很寬的溫度測(cè)量范圍[5]，堆芯燃料組件出口水溫測(cè)量采用鎳鉻-鎳鋁的K型熱電偶進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍0～1200℃。由于熱電偶為點(diǎn)測(cè)量，適用于表面溫度測(cè)量，所以，在核電站中用于安全殼內(nèi)混凝土溫度的測(cè)量，管道表面溫度以及一些泵軸承溫度的測(cè)量。

不同分度號(hào)的熱電偶對(duì)應(yīng)不同的補(bǔ)償電纜，不能混用。對(duì)于使用熱電偶測(cè)量較低溫度，可以要求在100℃下增加標(biāo)定點(diǎn)。

2.3雙金屬以及壓力式溫度計(jì)

雙金屬以及壓力式溫度計(jì)在核電站中均用于就地溫度測(cè)量，均為非核級(jí)儀表。

為了便于讀數(shù)，壓力式溫度計(jì)及雙金屬溫度計(jì)的表頭均要求萬(wàn)向型。溫度計(jì)的外殼以及表盤的涂裝應(yīng)能滿足核電站涂裝相關(guān)要求。對(duì)于使用毛細(xì)管的壓力式溫度計(jì)，毛細(xì)管可以使操作人員遠(yuǎn)離強(qiáng)輻照源，可以將表頭安裝在適于觀察的位置，同時(shí)也可以將與某一設(shè)備相關(guān)的就地指示儀集中安裝。毛細(xì)管的長(zhǎng)度不應(yīng)當(dāng)過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)考慮毛細(xì)管對(duì)響應(yīng)時(shí)間和精度的影響。為了避免毛細(xì)管受到機(jī)械損壞，毛細(xì)管要求帶護(hù)套保護(hù)。應(yīng)當(dāng)明確表頭的安裝方式，如帶后邊，徑向安裝等內(nèi)容。

2.4溫度控制器

考慮到核電站的環(huán)境特點(diǎn)，同時(shí)減少供電電源，核電站使用的溫度控制器主要是機(jī)械式的溫度開關(guān)，溫度開關(guān)提供無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)用于控制及報(bào)警。溫度開關(guān)的使用本身也是核電站多樣化控制的一種體現(xiàn)。典型三環(huán)路壓水堆核電站統(tǒng)一采購(gòu)的溫度開關(guān)大致有281塊。

部分溫度開關(guān)利用回差進(jìn)行控制，回差值應(yīng)當(dāng)在技術(shù)規(guī)格書中明確。目前使用的溫度開關(guān)一般要求設(shè)定值和死區(qū)可調(diào)。死區(qū)可調(diào)的溫度開關(guān)一般最小死區(qū)較大，有可能出現(xiàn)無(wú)法消除報(bào)警的情況，在開關(guān)選型和驗(yàn)收過(guò)程中需對(duì)死區(qū)值格外關(guān)注。溫度開關(guān)安裝，長(zhǎng)期運(yùn)行后，還有可能出現(xiàn)設(shè)定值漂移情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整預(yù)防性維修周期。

溫度開關(guān)還需考慮廠房?jī)?nèi)的防爆要求。核電站內(nèi)的可燃?xì)怏w主要是氫氣，部分溫度開關(guān)要求為隔爆型防爆儀表。

2.5熱敏電阻

熱敏電阻在核電廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不多，主要是在通風(fēng)系統(tǒng)以及機(jī)柜自帶的一些測(cè)溫儀表中有所應(yīng)用。核電站內(nèi)的房間溫度一般控制在5～55℃以內(nèi)[6]，熱敏電阻測(cè)量范圍也就集中該溫度范圍內(nèi)。

2.6智能溫度變送器

智能溫度變送器在就地將熱電偶或熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出。智能溫度變送器具有很高的測(cè)量精度，如選用的羅斯蒙特3144型號(hào)的變送器，精度可達(dá)±0.1 ℃；智能溫度變送器采用4-20mA信號(hào)輸出，可以減少信號(hào)干擾，同時(shí)DCS機(jī)柜可以使用標(biāo)準(zhǔn)的輸入卡件。由于智能變送器目前無(wú)法滿足核電廠的輻照環(huán)境，溫度變送器在核電廠應(yīng)用不是很多，主要應(yīng)用于無(wú)輻照要求且要求高精度測(cè)量的場(chǎng)合。

3 核級(jí)溫度儀表國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)狀

以上各種溫度儀表中具有核級(jí)要求的儀表研發(fā)和制造最能代表一個(gè)企業(yè)的技術(shù)水平和管理水平。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)生產(chǎn)的溫度儀表通過(guò)了核級(jí)鑒定試驗(yàn)，但國(guó)內(nèi)電站使用的核級(jí)溫度儀表尤其是嚴(yán)酷環(huán)境條件下使用的核級(jí)儀表大多數(shù)還是由國(guó)外廠商供貨。為改變這種現(xiàn)狀，建議關(guān)注以下幾個(gè)方面。

3.1核級(jí)溫度儀表的設(shè)備鑒定

核安全法規(guī)明確規(guī)定核級(jí)設(shè)備要通過(guò)設(shè)備鑒定程序證明其能執(zhí)行要求的安全功能[7]。然而目前國(guó)內(nèi)尚未建立完整的核電標(biāo)準(zhǔn)體系，已供貨的設(shè)備既有按照法國(guó)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鑒定的，也有按照德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鑒定的；國(guó)內(nèi)許多單位可以提供試驗(yàn)設(shè)備，但還缺少能提供完整鑒定服務(wù)的權(quán)威機(jī)構(gòu)；隨著三代核電的發(fā)展，不同三代堆型的設(shè)計(jì)參數(shù)和要求有著較大的區(qū)別，對(duì)設(shè)備鑒定提出了新的要求。國(guó)內(nèi)的設(shè)備鑒定一般由設(shè)備供貨商獨(dú)立完成，供貨商對(duì)于核電標(biāo)準(zhǔn)以及鑒定程序并不是很了解，對(duì)于新堆型的設(shè)計(jì)參數(shù)更是無(wú)法把握了。在這種情況下，建議供貨商積極同電廠設(shè)計(jì)方或買方合作，共同完成設(shè)備鑒定。

Applications of Temperature Instrumentations in Nuclear Power Plants

Fan Sui,Gu Yanchun
（EI&C Division, China Nuclear Power Engineering Co., LTD, Beijing 100840,China）

firstly, types of temperature instruments in NPPs are introduced; secondly, from the perspective of the practical application, the key points of using various temperature instruments based on actual experiences are focused on; lastly, the localization status of safety class temperature instruments are stated.

temperature instrument; nuclear power plant; PT100;bimetallic thermometer;pressure thermometer

TH86

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.014