淺談2MX2AHP高壓加熱器液位測量改造的可行性

扈新鵬

中國核工業第五建設有限公司　浙江嘉興　314303

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淺談2MX2AHP高壓加熱器液位測量改造的可行性

扈新鵬

中國核工業第五建設有限公司浙江嘉興314303

針對秦山核電一期工程方家山核電項目常規島2MX2AHP高壓加熱器運行狀況，對液位測量差壓變送器測量液位過程中所遇到的假液位、液位波動、啟機時液位正壓室無液等問題進行技術分析，建議采用導波雷達液位計替代差壓變送器來進行測量。

高壓加熱器； 差壓變送器； 導波雷達； 液位計

1　工程概況

高壓給水加熱器系統的功能是利用汽輪機高壓缸抽汽加熱高壓給水，并接受第一級和第二級再熱器疏水和排汽，以提高回熱系統的效率。高壓給水加熱器系統位于常規島汽輪機廠房+0.00m層，由并列的兩列(HPA列和HPB列)高壓給水加熱器組成，每列高壓給水加熱器組由一臺HP6高壓給水加熱器和一臺HP7高壓給水加熱器串聯組成。高壓給水加熱器為臥式表面凝結型換熱器，以額定工況(TMCR)參數進行換熱面積設計。其流程包括給水系統、抽汽系統、疏水系統、放汽系統和卸壓系統。

2　高壓給水加熱器液位測量方式

在核電站設計要求中，高壓給水加熱器液位測量的是實際液位，目前大多數設計中采用平衡容器與差壓變送器進行測量。而高壓給水加熱器系統的結構及負壓工作環境給測量方案帶來了挑戰。方家山1#、2#機組高壓給水加熱器液位測量系統均采用液位變送器及液位開關配合測量的方式進行自動調節和保護動作，現對2#機組6、7號高壓給水加熱器系統液位技術進行改造，采用導波雷達液位計取代差壓變送器，測量結果顯著優于差壓式變送器的測量結果。

對6、7號高壓給水加熱器系統液位測量設備的液位進一步分析，如圖1所示，高壓給水加熱器裝置就是一個換熱器，作用是將汽輪機高壓缸做完功的蒸汽再次利用，對二回路中的高溫高壓沸水再次加熱，進入高壓給水加熱容器中的蒸汽被冷凝為水后輸送至除氧器，加熱后的二回路水再進入蒸發器換熱。該高壓給水加熱器裝置加熱量的大小、液位的高低均關系到凝結水量的多少，所以如何正確檢測高壓給水加熱器系統的液位高低，并控制高壓給水加熱器系統上部的進汽量，是確保高壓給水加熱器系統正常工作、保持正常生產的有效措施。但是此高壓給水加熱器系統檢測方法與一般的不同，如圖2所示，即差壓變送器的正、負壓室和取壓點的連接不同，正壓室接至換熱器上部，負壓室接至換熱器下部。

圖1　高壓給水加熱器系統工作原理圖

圖2　高壓給水加熱器流程圖

靜壓方程式為：

ΔP=P+-P-=hρ-Hρ=(h-H)ρ

(1)

P+=(h+h1)ρ+Pq

(2)

P-=(H+h1)ρ+Pq

(3)

式中：ρ為被測介質水的密度；Pq為飽和蒸汽密度；H為最低水位基準的水位高度；h為容器內水位最大測量范圍；h1為容器底部引壓管至差壓變送器之間水位高度。

由式(1)可以看出，H↑→ΔP↓,說明此種液位測量是反向連接，可供調節系統的被調參數之用，但這種連接方法往往給操作人員錯誤的感覺。液位二次表指針上升時，恰好是換熱器液位下降。進一步分析如下：

當H=0時，ΔP=hρ,儀表顯示值為最大，屬于零液位；當H=h時，ΔP=0，儀表顯示值為零，屬于滿液位。此儀表的量程為(0～hρ)Pa，由ΔP=P+-P-=hρ-Hρ可以看出，固定壓差hρ為正值，則為正遷移，其遷移量為hρ值。

方家山核電CPR1000 2#機組6、7號高壓給水加熱器液位測量采用平衡容器配差壓變送器測量，是具備自我補償能力的液位測量裝置。

3　液位測量存在的問題

3.1液位測量問題

由于高壓給水加熱器系統液位測量使用Rosemount 3051型差壓式變送器，變送器正向導壓管平衡容器內的水分由于在機組停機后被放水或被蒸發，造成機組在啟動初期的液位測量結果不準確。這就需要檢修維護人員在啟動前向正向導壓管平衡容器內灌水，會在導壓管內部殘留氣泡，使液位測量不準確，影響系統的換熱效果。這樣不僅影響了系統的整體投入時間，更為機組安全運行留下隱患。

3.2高壓給水加熱器系統容器的壓力變化影響液位測量的準確性

因為高壓給水加熱器系統正壓室(汽側)工作在負壓區，一旦有漏汽點吸入空氣就將導致高壓給水加熱器系統正壓室(汽側)蒸汽壓力下降，對應的飽和溫度下降，凝結在平衡容器正壓管內的凝結水少量蒸發或被負壓吸走，使變送器正壓側靜壓力減小。這樣使變送器測得的差壓值變小，測量液位值就會變大，出現虛假液位，引起高壓給水加熱器系統內部壓力急降，進而使平衡容器液位值顯示偏高且波動大，從而引起液位調節閥誤動作。

綜合以上兩點，說明差壓變送器在此系統中，不能夠準確測量系統工況變化時的液位，所以采用導波雷達液位計代替差壓變送器來測量高壓給水加熱器系統的液位。

4　導波雷達液位變送器的原理及特性

4.1導波雷達液位變送器的原理

導波雷達液位變送器運用了TDR原理(時域反射原理),TDR發生器產生一個沿導波桿向下傳送的電磁脈沖波,當遇到比先前傳導介質(空氣或蒸發氣)介電常數大的液體表面時,脈沖波會被反射。用超高速計時電路來計算脈沖波的傳導時間t,從而計算出電磁脈沖波傳輸距離s=vt,進而達到精確的液位測量[1]。

4.2導波雷達液位變送器的性能

導波雷達液位變送器采用一個波導體(探頭)傳播電磁波能量,所以它既具有雷達液位儀的全部性能，又有其獨特的優點。

4.3性能不受工藝條件影響

介質的密度和介電常數變化對測量結果均無影響,霧氣和泡沫對測量結果也無影響。這是由導波雷達液位變送器的原理決定的[2]。它通過測量雷達波束的傳輸時間來測量液位,介電常數不同,反射傳輸的時間是一樣的,不同的只是傳輸信號的強度。信號在導波管內傳播,避免了雜散信號的干擾[1]。介質密度的變化僅影響導波桿在所測介質中所受到的浮力,導波雷達液位變送器僅需測量電磁波的傳輸時間即可,無須信號處理和辨別。

4.4調校效率高

由于電磁波是恒定的,編程組態時,只需輸入量程等相關參數,不需要任何遷移來改變量程,也不需現場標定，這樣大大提高了調校儀表的效率。

4.5安裝維護方便

探頭與變送器之間的安裝更為簡便,而且能更好地滿足將來的任何維修需要。

5　導波雷達變送器的外置測量筒式安裝

導波雷達變送器可選用頂部安裝和外置測量筒式安裝兩種方式。在高壓給水加熱器部位的導波雷達變送器，采用的是外置測量筒式安裝，如圖3所示。測量筒一般根據設計提出的液位測量范圍來生產，測量筒上下連接的中心距即是由設計提出的液位測量量程范圍，另外在上下連接口中心距的范圍內，還可以通過變送器來組態所需要的量程范圍[3]。

圖3　導波雷達液位計的安裝方式

5.1測量筒的設計和制作

測量筒的類型有兩種： 頂部為法蘭和頂部為內螺紋。當導波桿安裝在測量筒上時，導波桿需要足夠長，直至下連接口以下，并且測量筒的材質需根據介質、溫度、壓力來確定。

5.2容器液位測量的量程確定

熱控專業根據工藝要求設計容器液位測量儀表，基本上有兩種測量要求，如圖4所示： 一是只要測量整個容器的局部某一段，二是需要測量整個容器的全量程。6、7號高壓加熱器采用第一種安裝方式——局部測量法。

圖4　雷達液位計的測量方式

5.3測量筒與容器的連接

首先要確定容器液位測量實際量程(對于局部液位測量方式非常重要)，然后將測量筒上下連接口的中間部分與容器的液位測量實際量程對齊。如果是局部測量方式，測量筒的上下連接口中心距大于容器的液位實際量程，則只要求測量筒上下連接口的中間部分能夠覆蓋容器的液位實際量程就可以了。

根據控制要求，電廠的容器液位測量有安裝單臺和多臺導波雷達液位變送器的不同方案。對于單臺變送器的安裝，可以直接與正負導壓管連接。如果要安裝多臺導波雷達液位變送器，則需要從容器處引出兩根母管，多臺導波雷達液位變送器的各個測量筒再與母管連接。

5.4液位調節及保護優化

2#機組6、7號高壓加熱器的每個加熱器上有3個液位檢測點,3選中(在3個測量結果中，選擇中間值)后參與液位自動調節。在不改變邏輯的同時，直接代替3個差壓變送器，準確的液位測量結果可以實現準確的自動調節，避免了運行中出現虛假液位、液位值顯示偏高或波動、液位調節閥誤動作的現象，并優化了工況的穩定性。同時，機組運行經濟性、穩定性會有明顯提高。

6　結束語

通過對2#機組6、7號高壓加熱器液位改造，經過近1a時間的安全運行，得出以下結論： 進行技改后6、7號高加水位均可更精確地進行自動調整，避免了人為調整不及時、虛假液位閥門誤動作等，避免空液、滿水造成汽輪機進水的重大事故發生，同時由于液位控制在標準水位附近，避免了汽液兩相流沖刷事故，提高了疏水及正常疏水閥門、管道設備的安全性。由此可以得出，導波雷達液位變送器是一種性能可靠的液位測量儀表,維修量小,性能價格比高,必將得到更廣泛的應用。

[1] 周來媛.導波雷達物位計的信號處理及應用分析[D].重慶： 重慶大學，2012.

[2] 魏偉.國產600MW機組7、8號低加疏水異常分析及對策[J].青海電力，2007，26(2)：53-57.

[3] 崔小勁，劉會兵，劉玲.電廠用物位計的種類及其運用[J].自動化與儀器儀表，2010(6)： 76-78.

Aiming at operating conditions of 2MX2AHP high pressure heater at Fangjiashan nuclear power conventional island of Qinshan nuclear power project phase one, a technical analysis was conduced on false level and level fluctuations encountered during liquid level measuring process operated by differential pressure transmitter for level measurement, and on the issue of no liquid in positive pressure room when starting up, and it was recommended to use guided wave radar liquidometer to replace the differential pressure transmitter for the measurement.

High Pressure Heater； Differential Pressure Transmitter； Guided Wave Radar； Liquidometer

2015年9月

扈新鵬(1984—)，男，本科，工程師，主要從事核電熱工儀表檢維修工作，

E-mail： dapeng0818@163.com

TK316

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1674-540X(2016)01-045-04