核電廠循環水過濾系統氣壓式壓差計的測量原理

郭建東

【摘 要】論文從介紹核電廠循環水過濾系統入手，詳述了氣壓式壓差計的運行機理，并說明了日常運行的定期檢測。

【Abstract】Starting from the introduction of the circulating water filtration system of nuclear power plant， the paper detailedly describes the operation mechanism of barometric differential pressure gauge， and introduces the regular inspection in its daily operation.

【關鍵詞】熱阱；定期檢測；氣壓式壓差計

【Keywords】 heat trap； periodic testing； barometric pressure differential gauge

【中圖分類號】TM623 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）06-0135-02

1 引言

核電廠循環水過濾系統主要對機組所需使用的全部海水進行過濾，以確保使用海水的系統和設備不會發生堵塞和生物腐蝕。循環水過濾系統包含細柵格、粗格柵等，細柵格是循環水過濾。系統三級過濾中的第二級，主要對經過粗格柵過濾后的海水進行第二次過濾，防止大塊漂浮物損傷旋轉濾網。為保證細柵格的可用性，它們各自裝有一個固定式的垃圾耙。按時間順序或根據壓力損失進行操作，每個垃圾耙斗組均裝有一個壓力壓差式探測器和一個超聲波式探測器。

2 概述

循環水過濾系統過濾的是核電廠的最終熱阱—海水，正常和各種事故工況下，保證一臺機組使用的全部海水進行過濾，過濾過程中有兩個主要的設備是旋轉濾網和攔污柵，氣壓式壓差計是用來監測旋轉濾網和攔污柵的堵塞情況，每個旋轉濾網裝有三個壓差計（兩個氣壓式和一個浮子式）測量上游和下游間的壓差（壓差大小反映濾網是否堵塞），同時根據壓差大小發出不同的信號控制旋轉濾網的運行。濾網轉筒安裝成與攔污格柵的平面相平行。要過濾的水從卷筒軸側流入，已過濾的水從濾網的外側流出。濾網轉筒領先一個驅動機構和兩臺低速電動機（其中一臺備用）或一臺中/高速電動機供給動力，繞其軸線轉動。每個濾網轉筒帶有兩個氣壓式壓差計探測器以及一個靜壓式壓差計探測器，并傳信號至主控室。每個轉筒依靠一臺泵和一個壓力管線粗濾器進行沖洗。當運行時，粗濾器是自潔式的。

旋轉濾網的運行與壓差的關系：

①壓差小于10cmH2O，低速運行；

②壓差達到10cmH2O （3取1），延時5s中速運行，低于10cmH2O（3取3），運行6min30s切至低速；

③壓差達到20cmH2O（3取2），延時20s高速運行，低于10cmH2O（3取3），運行3min10s切至低速；

④壓差達到30cmH2O（3取2），延時5s向主控發出901AA報警；

⑤壓差達到50cmH2O（3取2），相應的循環水泵CRF泵跳閘并向主控發出第二個報警。此時主控需要立即降功率至600MW，監視冷凝器真空，據真空變化情況選擇停止降負荷；后續需要控制△I及在12h內將G棒提出堆芯；若一列設備冷卻水泵RRI不可用（兩臺熱交換器不可用）則需要24h內機組向RRA運行條件的NS/SG模式后撤，機組記錄RRI5 IO1；若一列重要冷卻水泵SEC不可用，機組記SEC3 IO，緩解措施同上（需要24h內機組向RRA運行條件的NS/SG模式后撤）；聯系專業人員現場確認故障并給出維修意見（是否可在線維修以及維修期限）。

3 氣壓式壓差計基本原理

氣壓式壓差計的工作由兩個對稱測量單元完成。測量單元的原理是：利用液面下同一深度的靜壓力處處相等。如圖1，由于空氣密度很小（忽略不計），則減壓閥后空氣管內的壓力均為P。

P=P′=ρgh，式中

h為被淹沒的空氣管的深度；P為空氣管內壓力；P′深度h處壓力；ρ液體密度；g重力加速度

對一定的液體，ρ、g為一定，因此壓力P與液位h成正比關系，通過測得壓力P 。進而測出濾網上、下游間的壓差。

以下圖2所示壓差計為例進行說明：

設備組成主要包括：一個差壓指示器（422LP）、一組探頭（紅色的探頭用于上游，白色的探頭用于下游）、一個空氣進口閥（214VA）、裝有氣壓計的一個空氣減壓閥（224VA）、兩個流量調節器、兩個綜合管（將兩個探頭連接到差壓開關空氣回路中）、一組差壓開關（302/312/322/332SP）。另外在就地控制電器柜上裝有一個模擬發送器（441/442MP）和一個“自動控制”按鈕（155TO/156TO）。155TO/156TO是用于第一水位失壓模擬。從SAR來的壓縮空氣從空氣進口閥214VA進入，經空氣減壓閥224VA減壓到2bar，分兩管（紅管和白管）分別經兩個帶小球指示的流量調節器調節空氣流量相等后連接到旋轉濾網上、下游的探頭管。探頭管固定在水中，根據P=ρgh，上、下游水位的不同，則P不相等，探頭管中的空氣壓力不一樣，即可測出其壓差。在流量調節器出口分別接有紅、白色的綜合管，將探頭連接到差壓開關空氣回路中，綜合管上接有422LP/442MP，分別是顯示和發送壓差信息，四個差壓開關（302/312/322/332SP）各自設置不同的閥值，分別是第一水位10cmH2O， 第二水位20cmH2O， 第三水位 30cmH2O，第四水位 50cmH2O，當壓差達到上述值時，相應的SP動作。

4 定期檢測

為了保證設備的正常運行，在核電廠的日常運行中要進行定期檢查和定期試驗。定期檢查主要是檢查供氣壓力正常（氣壓計讀數是否為2bar），檢查兩個流量調節器的讀數是否相同（正常值為“6”），壓差指示值（LP）是否正常，被監控設備處于自控狀態等。定期試驗是檢查差壓開關的功能是否良好，用人工模擬旋轉濾網上下游不同的壓差，試驗壓差開關和旋轉濾網的運行符合要求，具體是慢慢地調節上游探頭（紅管）流量調節器的旋鈕，使流量增加，從而增大紅管的壓力，當壓差達到10cmH2O、20cmH2O、30cmH2O時，SP分別動作，旋轉濾網切換到不同的運行方式。此外，發現測量管線堵塞，應及時寫工作申請，要求吹掃。以某核電廠為例，旋轉濾網壓差的主要定期試驗有：旋轉濾網的自動操作控制；旋轉濾網壓頭損失高1水位試驗；旋轉濾網壓頭損失高2與高3水位試驗；旋轉濾網壓頭損失高4水位試驗。試驗內容主要是通過操作壓差計，來模擬旋轉濾網兩側水位差高信號，觸發旋轉濾網自動轉速切換、報警或跳閘循環水泵等信號，從而驗證壓差計發出的高報警信號、旋轉濾網的自動動作信號、主控室報警信號都正確。

5 結語

氣壓式壓差計的正常運行可以確保循環水過濾系統的旋轉濾網的正常運行。鑒于旋轉濾網運行的核安全要求，對壓差計的技術規格要求很高。隨著現代技術不斷推陳出新，壓差計的技術也將取得進步。例如原來核電廠旋轉濾網還有一種差聲波液位計，根據電廠運行實踐反饋經常因為水面存在泡沫等原因而誤發高液位信號，因此經過技術分析改造成靜壓式液位計，不修改定值，不變更控制與保護。