谷春星 安月華

[摘 ? ?要] 針對(duì)中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆三回路除氧器三種水位計(jì)測(cè)量值相差較大的缺陷異常處理過(guò)程，通過(guò)對(duì)三種水位計(jì)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理分析，

得出造成各水位計(jì)測(cè)量值相差較大的原因，并提出提高水位測(cè)量精度的辦法。

[關(guān)鍵詞]中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆;除氧器;水位計(jì)

[中圖分類號(hào)]TM62 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]In this paper， aiming at the abnormal treatment process of the big difference in the measured values of three kinds of water level gauges in the three loop deaerator of China experimental fast reactor， through the analysis of the structure and measurement principle of the three kinds of water level gauges， the reasons for the big difference in the measured values of each water level gauge are obtained， and the methods to improve the accuracy of water level measurement are put forward.

[Keywords]China experimental fast reactor; deaerator; water level gauge

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆三回路除氧器在反應(yīng)堆啟動(dòng)前對(duì)三回路給水進(jìn)行加熱、除氧，并在反應(yīng)堆運(yùn)行期間儲(chǔ)存并提供足夠量的合格除鹽水，反應(yīng)堆啟動(dòng)、運(yùn)行和停堆冷卻期間，除氧器水溫依靠啟動(dòng)鍋爐蒸汽或核蒸汽維持在190 ℃的飽和溫度。

1 除氧器參數(shù)監(jiān)測(cè)儀表

除氧器設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)儀表，出于反應(yīng)堆安全可靠性排熱要求，水位監(jiān)測(cè)儀表既參與反應(yīng)堆保護(hù)，也參與除氧器水位調(diào)節(jié)，水位監(jiān)測(cè)設(shè)有就地儀表1臺(tái)，水位調(diào)節(jié)儀表

1臺(tái)，反應(yīng)堆保護(hù)儀表6臺(tái)。就地儀表為磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)，引入三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的水位計(jì)為壓差變送器，引入保護(hù)系統(tǒng)的6臺(tái)水位儀表為壓差變送器，6臺(tái)壓差變送器分為兩組，每組3臺(tái)壓差變送器共用一套引壓管。因此除氧器的8臺(tái)水位計(jì)與除氧器水箱共有四套接管。保護(hù)系統(tǒng)的6臺(tái)壓差變送器兩套接管位于除氧器南罐體兩側(cè)，另外兩臺(tái)水位計(jì)兩套引壓接點(diǎn)位于除氧器北罐體量側(cè)，各接點(diǎn)位置如圖1所示。

2 除氧器水位儀表的測(cè)量原理

除氧器的三種水位計(jì)，分別是就地磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)、可調(diào)量程差壓變送器和不可調(diào)量程差壓變送器。

2.1 就地磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)

該水位計(jì)采用連通器原理，磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)上下端接管分別與除氧器上的兩個(gè)水位測(cè)量接口連接，下部接口位于除氧器除氧水箱底部，上部接口位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的較高位置，水側(cè)接管、汽側(cè)接管和水位計(jì)圓柱筒（浮筒）形成一個(gè)連通器，浮筒內(nèi)有一磁性浮子，浮子漂浮在水面上。根據(jù)連通器原理，若除氧水箱和水位計(jì)浮筒內(nèi)水密度相同，浮筒內(nèi)的水面與除氧水箱水面處于同一高度，在浮筒外有用于指示水面位置的紅/綠雙色磁鐵（旗板），旗板隨著位于水面的浮子的上下移動(dòng)而翻轉(zhuǎn)，紅綠交界位置即水面位置。

2.2 可調(diào)量程差壓變送器

差壓變送器的兩個(gè)引壓管分別與除氧器上的水側(cè)和汽側(cè)接口連接，水側(cè)接口（下部）位于除氧器除氧水箱底部，汽側(cè)接口（上部）位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的較高位置。因汽側(cè)水蒸氣為可凝氣體，因此汽側(cè)的引壓管內(nèi)測(cè)量時(shí)需充滿水，作為差壓變送器的高壓側(cè)，該側(cè)引壓管水柱高度不變，作為壓力比較端;水側(cè)引壓管作為低壓側(cè)接入差壓變送器。該差壓變送器標(biāo)稱測(cè)量壓差為0～30 kPa，對(duì)應(yīng)輸出電流4～20 mA，因該除氧器水位測(cè)量要求為0～2 400 mm，因此，儀表調(diào)整為0～24 kPa，對(duì)應(yīng)輸出電流4～20 mA。

2.3 固定量程差壓變送器

該差壓變送器接入和測(cè)量原理與可調(diào)量程差壓變送器一致。該差壓變送器標(biāo)稱測(cè)量壓差為0～30 kPa，對(duì)應(yīng)輸出電流4～20 mA。其汽側(cè)和水側(cè)引壓管高度差為水位量程2 400 mm，因其量程不可調(diào)節(jié)，所以在該系統(tǒng)中差壓變送器最高壓差為高壓側(cè)（壓力比較端）充滿水，低壓側(cè)（水側(cè)）為空時(shí)，此時(shí)差壓為2 400 mm水柱的壓力，即24 kPa，對(duì)應(yīng)輸出電流16.8 mA。因此，該測(cè)量信號(hào)的二次轉(zhuǎn)換與3.2節(jié)差壓變送器對(duì)應(yīng)關(guān)系不同。

3 水位測(cè)量?jī)x表測(cè)量偏差產(chǎn)生原因

在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，上述三種水位計(jì)測(cè)量液位值偏差較大，就地液位顯示最高，固定量程差壓變送器液位最低，相差100 mm以上。引起測(cè)量偏差較大的原因有以下幾點(diǎn)。

3.1 除氧器安裝水平度影響

除氧器水箱在長(zhǎng)度方向上安裝水平度偏差的影響，因水箱右側(cè)安裝位置偏低，導(dǎo)致除氧器右側(cè)實(shí)際液柱高度比左側(cè)液柱高度大，因此這也導(dǎo)致除氧器左右兩側(cè)的水位計(jì)測(cè)量值產(chǎn)生相應(yīng)的偏差，安裝水平度偏差1°將導(dǎo)致左右兩側(cè)水位高度差17.45 mm/除氧器長(zhǎng)度每米。除氧器水箱圓周方向安裝水平度偏差也會(huì)產(chǎn)生相同影響。

3.2 水位計(jì)及連接/引壓管安裝誤差影響

磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)顯示水位為實(shí)際液面位置，因此，水位計(jì)如果安裝位置偏高，將導(dǎo)致測(cè)量水位值變小，安裝位置偏低將導(dǎo)致測(cè)量水位值變大。該安裝偏差可以通過(guò)上下移動(dòng)磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)的刻度尺實(shí)現(xiàn)水位修正。

差壓變送器引壓管安裝誤差的影響。若高壓側(cè)引壓管相對(duì)高度（低壓側(cè)引壓管除氧水箱的接口）大于2 400 mm，對(duì)于不可調(diào)量程的差壓變送器（壓差量程0～30 kPa，對(duì)應(yīng)4～20 mA），在實(shí)際水位為0時(shí)，差壓變送器輸出電流變大，即二次轉(zhuǎn)換的水位顯示值偏低，反之水位顯示值偏高。

3.3 水溫度變化影響

（1）對(duì)于磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)，水位計(jì)圓柱筒（浮筒）處于除氧器房間環(huán)境中，該浮筒上下兩端與除氧器水側(cè)和汽側(cè)相通，水位穩(wěn)定時(shí)浮筒內(nèi)水柱溫度只受自然對(duì)流傳熱影響和環(huán)境溫度影響;水位波動(dòng)時(shí)，除氧器水箱與浮筒內(nèi)水頻繁交換，此時(shí)二者溫差變小。無(wú)論上述哪種情況，浮筒內(nèi)水溫均低于除氧器水箱水溫，根據(jù)連通器原理，浮筒內(nèi)水面低于除氧器水箱水面，因此，磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)在除氧器正常運(yùn)行工況下其測(cè)量值偏低，水位越穩(wěn)定，二者溫差越大、測(cè)量水位偏差越大。

（2）對(duì)于差壓變送器，測(cè)量壓差可由下式表示：

式（1）中：P3為高壓側(cè)引壓管水面上的氣壓，P2為除氧器汽空間與高壓側(cè)引壓管水面同一高度上的氣壓，二者相等。因此，可簡(jiǎn)化為公式（2）：

除氧器水位二次儀表轉(zhuǎn)換程序中，差壓值與水位是一一對(duì)應(yīng)的，轉(zhuǎn)換中沒(méi)有考慮除氧器溫度和高壓側(cè)引壓管溫度變化，轉(zhuǎn)換時(shí)認(rèn)為ρ1和ρ3相等，均為除氧器正常穩(wěn)定運(yùn)行工況飽和溫度對(duì)應(yīng)的水的密度。

除氧器冷態(tài)時(shí)除氧器內(nèi)為過(guò)冷水，ρ2很小，ρ1和ρ3相等，因此測(cè)量水位偏差較小。

除氧器正常穩(wěn)定運(yùn)行期間，除氧器內(nèi)為飽和狀態(tài)，氣壓和水溫變化較小，因此ρ1和ρ2變化較小;高壓側(cè)引壓管內(nèi)水溫受環(huán)境影響較大，環(huán)境溫度與除氧器房間設(shè)備運(yùn)行工況及房間通風(fēng)情況有關(guān)，ρ3接近環(huán)境溫度，ρ1和ρ3相差較大，水位測(cè)量偏差也變大。

以本文引入保護(hù)系統(tǒng)的差壓變送器為例，高壓側(cè)、低壓側(cè)引壓管高度差2 400 mm，量程0～30 kPa，輸出4～20 mA，經(jīng)查計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序，儀表二次轉(zhuǎn)換關(guān)系為：4～20 mA對(duì)應(yīng)3 059～0 mm水位。該轉(zhuǎn)換關(guān)系是基于除氧器和儀表引壓管水密度均為1 g/cm3計(jì)算得出的。因除氧器正常運(yùn)行時(shí)水溫190 ℃，而儀表引壓管處于房間環(huán)境中，水不循環(huán)，因此引壓管水溫更接近環(huán)境溫度，變送器測(cè)量誤差因此產(chǎn)生。

以高壓側(cè)引壓管溫度30 ℃、50 ℃，除氧器水溫190 ℃穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)為例，計(jì)算實(shí)際水位與儀表顯示水位。

在實(shí)際水位為0 mm時(shí)，因儀表高壓側(cè)引壓管水密度小于1 g/cm3，導(dǎo)致儀表顯示水位均大于0 mm;而實(shí)際水位達(dá)到2 400 mm時(shí)，因除氧器水密度低于高壓側(cè)引壓管水密度，導(dǎo)致其測(cè)量水位低于2 400 mm。因二次儀表轉(zhuǎn)換關(guān)系未考慮水溫變化影響，導(dǎo)致儀表顯示水位與實(shí)際水位偏差較大。

磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)因其浮筒上下兩端與除氧器水側(cè)和汽側(cè)相通，浮筒內(nèi)水與除氧水箱的水會(huì)有一定熱量交換，該溫差小于差壓變送器兩側(cè)溫差，因此，高溫時(shí)磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)顯示值比差壓變送器顯示值更接近實(shí)際水位。

3.4 減小測(cè)量誤差措施

針對(duì)上述測(cè)量誤差產(chǎn)生原因，在無(wú)法改變除氧器和儀表引壓管狀態(tài)下，可以通過(guò)二次表進(jìn)行調(diào)整。在測(cè)量好安裝誤差后，將磁翻轉(zhuǎn)水位計(jì)的水位標(biāo)尺向上或向下移動(dòng)安裝偏差，對(duì)于差壓變送器可以通過(guò)二次轉(zhuǎn)換關(guān)系直接進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)償。但此時(shí)會(huì)導(dǎo)致水位高點(diǎn)或低點(diǎn)產(chǎn)生一定范圍的測(cè)量盲區(qū)。

對(duì)于因儀表引壓管或浮筒內(nèi)水溫與除氧器水溫偏差導(dǎo)致測(cè)量誤差，可以改變儀表引壓管或浮筒結(jié)構(gòu)形式來(lái)盡量消除水溫偏差。對(duì)于差壓變送器，可以將引壓管溫度、除氧器溫度等引入二次儀表，水位轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)溫度變化導(dǎo)致的密度變化。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，除氧器水位儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性非常重要，在上文中對(duì)三種水位計(jì)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理進(jìn)行了分析，以此為基礎(chǔ)分析了造成各水位計(jì)測(cè)量值相差較大的原因，并提出提高水位測(cè)量精度的辦法，可以為改善水位儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性提供支持。

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