核級壓力變送器設備鑒定樣機的選型方法及實踐

李曉濤

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

0 引言

核級壓力變送器是保障核電機組安全可靠運行的控制系統中最為關鍵的儀表之一，根據我國相關法規[1]及標準要求，需要通過分析、型式試驗或運行經驗等設備鑒定的方法，證明設備在規定的運行條件和環境條件下能保持規定的準確度和性能要求。

型式試驗是設備鑒定的首選方法，但是對所有類別的核級壓力變送器均進行型式試驗不太現實，以中廣核“華龍一號”技術路線為例，全廠共計有800余臺，70余種規格型號的核級壓力變送器，且鑒定等級存在差異，受試驗裝備條件、試驗時間及成本等因素的制約，樣機數量不宜過多。因此，需要對核級壓力變送器設備鑒定樣機的選型方法進行研究，選擇適宜數量的具有代表性的設備鑒定樣機，實施相應的設備鑒定試驗，將樣機鑒定的合格結論外推至“相似”設備，從而達到驗證所有的核級壓力變送器能夠滿足核電廠規定的運行條件和環境條件下完成預期功能的目的。

本文主要圍繞核級壓力變送器設備鑒定樣機選型的要求、樣機選擇方法，分析總結相關標準規范中對鑒定樣機代表性的論述，并進行“華龍一號”核級壓力變送器鑒定樣機選型的實踐，指導設備鑒定工作。

1 設備鑒定樣機選型的要求

IEEE 323標準[2]中規定，鑒定樣機必須在設備設計、材料和制造過程方面可以代表實際安裝的設備，并給出了樣機鑒定結論外推至“相似”設備必須滿足的代表性準則，包括：①結構材料須相同或相當，如存在差異需證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；②在基礎配置一致的前提下，尺寸需相同或等比例相似，如存在差異需考慮不同表面區域熱影響及抗震影響，并證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；③外形需相同或相似，如存在差異需證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；④外推設備的運行及環境應力應不大于樣機經受的正?；虍惓－h境條件下的應力；⑤樣機的老化機理應包絡擬外推設備的所有老化機理；⑥樣機和外推設備的功能必須相同。

核級壓力變送器屬于1E級電氣儀控類產品，NB/T 20344《核電廠安全級電子設備鑒定規程》[3]中也對鑒定試驗樣機提出了具體建議，包括：①功能代表性，具有典型的功能輸入輸出特性；②產品類型代表性，選擇足夠的電子模塊覆蓋產品功能配置；③機械結構代表性，安裝方式、產品尺寸、重量等具有相似的動態結構特性；④應用配置代表性，電氣連接、接口應相同或相似；⑤軟件代表性，如產品內置軟件，樣機應使用具有代表性的軟件和診斷程序。

綜上標準所述，電氣儀控類產品樣機鑒定合格結論外推至“相似”設備的代表性原則是樣機與實際設備屬于一個設備“類別”或“系列”，要具有相同的工作原理、設備功能，相同或相似的硬件結構、材料、接口特征[4]。樣機組合覆蓋產品全部功能的電子模塊，鑒定環境條件應包絡設備的運行及環境應力要求，鑒定樣機組合的規格型號、性能參數具備典型性。

2 設備鑒定樣機的選型方法

中廣核“華龍一號”技術路線核級壓力變送器的總數量有800余臺，根據技術規格書及數據表的要求進行設計及選型，共計70余種規格型號，且相同規格型號設備標定量程存在差異。

基于上文對設備鑒定樣機選型要求的論述，以下將從設備工作原理、硬件結構，設備材料、內部電路原理、外部接口等方面對中廣核與上海洛丁森聯合研發的RP1990系列核級壓力變送器的鑒定樣機選型方法進行論述。

2.1 樣機代表性的分析要素

RP1990系列核級壓力變送器采用變極距差動電容原理，傳感器的制作基于金屬電容技術路線。其電路功能具備零位、滿位、線性、阻尼的現場調整功能，其中頻次相對較高的零位、滿位調整無需打開表蓋，由專門的調整機構在殼體外部操作實現，頻次較低的線性、阻尼調整需開蓋操作。樣機代表性的分析要素包括以下幾個方面：

1）基本型RP1990系列核級壓力變送器的硬件結構主要由傳感器部件（傳感器膜盒）、電子部件、承壓部件、表殼部件（電子倉）、電纜連接器以及安裝支架構成。保持基本型壓力變送器其他部件不變，將承壓部件中的法蘭夾板更換為由毛細管連接遠傳法蘭的夾板，并加裝遠傳法蘭部件，則構成RP1995系列遠傳法蘭變送器。

2）按鑒定類別可分為RP1991（K3）、RP1992（K2）、RP1993（K1/SA）3個類別、4個鑒定等級，其中K1和SA類設計完全相同，僅鑒定要求不同[5]。

3）按壓力測量類別可分為差壓變送器（DP）、壓力/表壓變送器（GP）、絕壓變送器（AP）3個類別，3類壓力變送器原理相同，結構類似。

4）RP1990系列產品共涉及8個量程規格，其代號分別為2、3、4、5、6、7、8、9，量程上限達到25MPa，覆蓋核電站測量要求。其中，差壓產品的靜壓等級包括：0MPa、1MPa、7MPa、14MPa、25MPa共5個等級。

5）產品的敏感元件的結構及設計完全相同，K1類產品傳感器部件與表殼部件為焊接連接，以保證LOCA環境下的產品耐受能力；K2及K3類產品傳感器部件與表殼部件為螺紋連接，通過O型密封圈實現環境壓力密封。

6）產品的電路設計完全相同，為滿足不同鑒定條件下環境工況的使用，電子元器件選型有所差異，其中K1、K2、SA類完全相同。

7）產品的結構特征及材料選項包括膜片材料、過程接口、泄放閥、電氣連接等選項。其中，膜片材料選項包括316L不銹鋼、HASC哈氏C合金；過程接口選項包括卡套接頭、1/4NPT（F）、遠傳法蘭選項；泄放閥選項包括堵頭、泄放閥；電氣連接所用的快速連接器分別選用經過相應鑒定等級的定型產品，其中K1類產品電纜連接器包含K1電纜，K2及K3類產品不含電纜，SA類產品電纜連接器與K1類相同，另有包括直通、彎頭的選項。

綜上，RP1990系列核級壓力變送器的樣機代表性的分析要素至少包括鑒定類別、壓力型式、量程規格、結構特征及材料、靜壓等級，并兼顧量程比、零點遷移、阻尼功能等應用配置。

2.2 樣機代表性的選型方法

根據上述相關標準及規范的要求，結合產品樣機的選型分析要素，依照覆蓋全部量程規格、不同壓力型式、不同靜壓等級、不同膜片材料、不同電纜連接器型式及泄放功能選項，兼顧量程比、零點遷移、隔膜密封、阻尼功能等應用特點的樣機選型原則，參照圖1所列流程實施選型。

圖1 樣機選型方法Fig.1 Prototype selection method

1）樣機類別代表性

樣機應包含被鑒定設備的所有設備類型。樣機類別包括鑒定類別和壓力類別兩類，樣機應包含全部鑒定類別和壓力類別，樣機的每個鑒定類別的樣機數量建議不少于3臺[6]。

由于壓力變送器本質上是差壓變送器，僅因參考腔壓力不同而區分為差壓、壓力（表壓）、絕壓3個類別，差壓變送器和壓力（表壓）傳感器采用相同的結構和原理，絕壓變送器整體結構類似，僅在低壓側增加一個絕壓零位參考腔。由于差壓變送器的考核指標多于其它兩個類別，因此樣機選型以差壓變送器為主。

2）樣機功能代表性

樣機應具有被鑒定設備的典型功能，同時應考慮系統功能的重要性、復雜性和全面性。

核級壓力變送器的功能為：實現對現場壓力的監測并以標準信號輸出。所有樣機均需符合上述功能要求。由于部分測點需進行阻尼設置，因而部分樣機選型需包含阻尼功能。

3）樣機機械結構代表性

樣機應具有與被鑒定設備相似的動態結構特性。樣機按1:1原型尺寸制作，結構特點如重量及其分布、重心、剛性、接口關系等與產品一致。

樣機的安裝方式為單一安裝方式，因此所有樣機均配套安裝支架選型。

4）樣機應用配置代表性

樣機應具有與被鑒定設備相似或更嚴酷的配置，包括溫升、電氣連接、機械應力、接口、負荷等。樣機按1:1原型尺寸制作，與被鑒定設備設計相同、老化效應相同、負荷相同。

5）樣機軟件代表性

軟件（如有）配置應帶有實際運行中使用的具有代表性的軟件和診斷程序，包括系統軟件和應用軟件。

3 華龍一號的鑒定實踐

中廣核與上海洛丁森聯合研發的RP1990系列核級壓力變送器的鑒定樣機，依據上述樣機代表性的選型原則和選型方法產生。

3.1 樣機類別代表性

樣機類別包括鑒定類別和壓力類別兩類。

根據產品設計方案，K1類與SA類設計完全相同，僅鑒定試驗項目有所差異。

所有產品的電路原理完全相同，為滿足不同鑒定條件下環境工況的使用，電子元器件選型有所區別。其中，K1、K2、SA類完全相同，K3類則存在個別器件的差異。

鑒定樣機總數為19臺，按產品類別分類。其中，差壓類別為12臺，表壓和類別為4臺，絕壓類別為3臺。按鑒定等級分類，K1類為9臺，K2類為3臺，K3類為4臺，SA類為3臺。

樣機類別分析詳見表1。

表1 樣機類別分析Table 1 Prototype category analysis

3.2 樣機功能代表性

鑒定樣機覆蓋全部量程規格，并參照依托項目和研發技術規格書的功能位置碼的對應要求確定校準量程和靜壓等級（僅差壓），同時體現量程壓縮、量程遷移的代表性，在類別代表性的基礎上，量程規格詳見表2。其中：量程比最大為5.5，量程遷移包括正遷和負遷，最大遷移量為最大量程的44%，靜壓等級包括1MPa、7MPa、14MPa、25MPa，覆蓋華龍一號的相關設計要求；為覆蓋阻尼功能要求，K1,、K2、K3類各有1臺樣機具備阻尼功能。

表2 量程覆蓋性分析Table 2 Range coverage analysis

3.3 樣機機械結構代表性

根據核級壓力變送器技術規格書的要求，選取1臺K3類樣機，其接液膜片材質為HASC材質，以滿足海水介質測量要求。

鑒定樣機的過程接口覆蓋：卡套接頭、1/4NPT(F)，并包含遠傳法蘭結構型式，泄放選項覆蓋：堵頭和泄放閥兩種型式。機械結構代表性詳見表3。

表3 機械結構代表性Table 3 Representation of mechanical structure

鑒定樣機的電氣連接包含直頭、彎頭兩種型式，其中包含有4臺彎頭型式的鑒定樣機。

3.4 樣機應用配置代表性

樣機按1:1原型尺寸制作，包含安裝支架，不同的電氣連接、不同的接口連接方式。因此，樣機與被鑒定設備設計相同、老化效應相同、負荷相同。

3.5 樣機軟件代表性

RP1990核級壓力變送器采用純模擬電路進行信號變送，無可編程部件及內置軟件，因此不涉及軟件代表性的分析。

4 結束語

核級壓力變送器在“華龍一號”核電站中應用廣泛，數量及規格型號多樣，在研發及供貨過程中對所有的型號進行設備鑒定是不現實的，因此必須選取具有代表性的產品樣機完成設備鑒定，而樣機的代表性分析是樣機選取的重點工作之一，也是鑒定合格結論能否成功外推的關鍵因素。

本文圍繞設備鑒定相關標準中對鑒定樣機代表性的準則進行分析，結合核級壓力變送器的研發及鑒定的實踐需要，對這一類產品的樣機代表性的選型方法進行研究，并合理確定樣機數量及類別、功能、結構等方面的代表性，用于指導產品的鑒定試驗工作。