核電廠一回路水位測量原理及排水過程中測量偏差分析與處理

王朝鵬

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

反應堆冷卻劑系統的主要功能是使冷卻劑循環流動，將堆芯中核裂變產生的熱量通過蒸汽發生器傳輸給二回路，同時冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或毀壞，一回路水位計是檢測一回路冷卻水裝量的重要儀表。

2 一回路水位測量原理

在正常運行工況下，壓力容器和冷卻劑管道均充滿水，整個RCP系統中只有穩壓器上部存在蒸汽空間，因此，一回路水位等同于穩壓器水位，由差壓傳感器007/008/011MN測量穩壓器水位（見圖1）。

采用098/012/090/091MN測量卸壓模式下一回路水位，4臺差壓傳感器量程相互重合，測量不同階段水位，保證了卸壓期間主控室操縱員能在一回路充排水期間連續監測從穩壓器頂部至主管道底部的水位，用以跟蹤充排水過程中反應堆水池和穩壓器波動管線水位的變化，同時也保證了穩壓器水位測量的部分冗余度（見圖2）。

3 問題描述

采用多臺不同量程的液位變送器來測量一回路水位，由于儀表特性、測量管線布置及測量對象不完全相同，在卸壓排水期間這些儀表經常出現偏差甚至不可用，從而影響到大修排水工作的正常進行，耽誤關鍵路徑時間。

圖1 運行工況水位測量

圖2 卸壓模式水位測量

4 一回路水位計排水時不一致的原因分析

4.1 變送器測量不準

①098MN不準。穩壓器汽腔建立時執行007/008/011/012MN的交叉比較，以確定012MN的可用性。012MN的可用性保證了在隨后的排水過程中，012MN與098MN進行比較，以確定一致性，必要時檢查校驗098MN。②090MN不準。堆芯水位測量實際上有兩個完全一樣的差壓變送器090/091MN，設計上是為了在事故情況下監測堆芯水位，可靠性非常高，出現故障的可能性很小。

4.2 管道堵塞

卸壓工況12/98/90MN測量原理如下圖所示。此時，壓力容器上方與穩壓器上方連通，090/098MN水位指示具有可比性。此時，不同的管段出現堵塞，對090MN指示來說，會出現不同的現象。為便于問題說明將管段分為如圖所示的三段：AB、BC、BD，下面針對這三段分別進行分析。

①BD段堵塞。在BD段堵塞，其他管段正常的情況下，壓力殼上方與穩壓器上方連通并對大氣，此時，壓力容器可正常排水，090MN負壓側膜盒所受的氣壓不等于壓力殼上方的氣壓，變送器的輸出仍然會隨著水位發生變化，但其輸出與實際水位存在一個固定的偏差，將090MN置于卸壓開蓋模式后，090MN的指示等于實際水位。②BC段堵塞。壓力容器在排水前處于滿水狀態，當開始排水時，由于BC段的堵塞，壓力殼上方屬于一個密閉的環境，排水的過程就相當于一個抽真空的過程。排水到一定的程度時，壓力殼內的水將不再排出，維持水位一定，此時，壓力殼上方與穩壓器上方沒有連通，098MN并不能反應壓力殼內的水位。在繼續排水過程中，090MN水位指示將維持不變，098MN反映的僅是穩壓器內的水位。此時，如果將090MN置于卸壓開蓋模式，因為BC段堵塞，大氣壓仍不能通過DBC進入壓力殼內，因此，BC段堵塞將造成壓力殼內的水不能排出，090MN輸出維持不變，090MN輸出反映穩壓器水位。③AB段堵塞。其現象基本與BC段堵塞相同，唯一不同的是，大氣壓通過DBC段管道進入壓力殼，壓力殼內的水可以在重力作用下排出，此時，090MN的輸出將會隨著水位的變化而變化。AB段堵塞將造成壓力殼內的水不能排出，090MN輸出維持不變，將090MN置于卸壓開蓋模式后，壓力殼內的水可以正常排出，090MN輸出隨水位變化而變化。

圖3 卸壓工況12/98/90MN測量原理

4.3 壓力容器與穩壓器上部壓力不完全相等

一回路排水過程，090MN測量正常時，098MN出現偏差的原因為壓力容器排氣管線排氣能力有限。反應堆壓力容器直徑與穩壓器脈沖管線直徑相差近10倍。所以當水位進入090MN量程后，如果排水速度過快，將導致098MN下降較快，090MN下降較慢。在充排水過程，穩壓器通過人孔通大氣，098MN變化正常；壓力容器通過排氣管線通大氣，受管線進排氣能力的影響，將導致在充排水過程090MN變化較慢。

5 問題處理

5.1 偏差標準的制定

結合通道誤差，綜合測量誤差、系統誤差及環境溫度等因素，在保證安全的前提下，水位計相應偏差12/98（20cm調查25cm不可用），090/098MN（20cm調查 25cm不可用），090/091MN（15.6cm調查25.8cm不可用）。

5.2 一回路排水操作措施優化

排水前吹掃連通軟管；現場檢查確認連接壓力容器排氣軟管拉直、暢通，無向下彎曲；排水至19.3m左右，比較098/012MN一致性，若偏差大于20cm則調查原因；壓力容器排氣管線在線前確保098MN不能低于12m；在一回路動態排水過程，以090/098MN低者控制一回路水位，當兩者偏差大于1m時，停止排水，偏差回到1m以內再進行排水；當098/090MN偏差接近50cm時，將排水流量逐步減小，直至098/090MN同步下降，減小二者偏差。

5.3 異常處理預案

①098/012MN顯示偏差大：查詢歷史校驗數據，檢查偏差原因是否與校驗結果有關；查詢007/008/011MN與012MN的比較數據，判斷098/012MN指示的準確性；必要時進行校驗。②090/091MN進入量程后指示不變：部分積水進入排氣軟管AB段（見圖3）形成水封，導致排水過程中090MN指示不變化，必要時使用壓縮空氣對排氣軟管進行吹掃。③090/091MN指示比098MN大：當采用投入抽負壓的在線方式時，會將壓力容器大蓋頂部大氣抽成負壓，將導致090/091MN測量值偏大，此時可建議停負壓風機，驗證偏差是否會減小。④098MN指示比090/091MN大，如果與此同時012MN的指示大于-6m，則可判斷是098/012MN的共用參考液柱冷凝罐內缺水所致，應與相關人員討論影響及風險必要時選擇窗口對冷凝罐進行充水。

6 結語

通過以上偏差標準以及異常響應預案的制定，我們在機組充排水過程中密切關注一回路水位計的響應情況，多輪大修中沒有發生過因為一回路水位計的偏差大造成大修關鍵路徑延誤的現象，保證了機組的安全可靠運行。