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设备冷却水缓冲箱液位指示偏差原因分析及处理

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 【摘要】用于核电站设备冷却水缓冲箱液位测量的罗斯蒙特变送器,在运行期间多次出现交叉比较降级的现象,影响液位的监视及异常响应。论文从多个角度分析引起液位测量偏差的可能原因,并制定措施加以处理,有效解决了液位测量偏差的问题,对CPR1000 机组具有广泛的借鉴意义。

 
1 背景介绍
         在 CPR1000 机组中,设备冷却水系统为核岛内各热交换器提供冷却水,设计有 A/B 两列缓冲箱,为监视缓冲箱危急液位,两列缓冲箱共使用了 6 台 Rosemount 变送器。以 A 列缓冲箱为例,使用 1 台 Rosemount 3051 智能变送器用于宽量程液位监视,2 台 1152 变送器用于窄量程液位监测。
 
2 异常问题描述
         在日常运行期间,在对缓冲箱液位指示进行的例行检查中,反复、多次出现同列宽、窄量程液位变送器指示交叉比较偏差大的情况。以某 CPR1000 机组为例,在非常近三年执行的三次定期检查中,2 次出现 A/B 两列的宽量程液位变送器交叉比较结果降级,其中 1 次宽量程液位变送器处于降级的边缘。针对变送器交叉比较降级的现象,本文从变送器测量原理、系统管线布置情况、DCS 组态情况进行了分析调查,并在检修窗口进行了处理。
 
3 原理分析
3.1 变送器测量原理
         缓冲箱液位监视使用罗斯蒙特电容式差压变送器,所测差压信号转换为电流信号送往 DCS 显示。取样管所传导的差压作用于变送器 σ 室中心的两侧感压膜片上,膜片产生微小位移的变化,改变了感压膜片和两侧电容极板构成的差动电容值,σ 室的差动电容值在设计时与差压成线性关系,差动电容经过整流电路转换为 4~20mA 标准信号输出。1152 系列仍使用模拟电路板件,将差动电容信号转换为4~20mA 信号输出。而 3051 系列变送器,设计支持 Hart 协议,内部设计有微控制器,可以对传感器的数据进行处理,包括测量信号调理、数据显示、自动校正和自动补偿等功能。
 
3.2 DCS 信号采集流程和组态
         在某 CPR1000 机组,1E 级系统采用 AREVA TXS 平台,SR 及 NC 级采用 TXP-T2000 DCS 平台。窄量程液位经 TXS采集处理,通过网关送往操作员终端进行显示。宽量程液位送TXP-2000 系统进行采集处理,然后送操作员终端进行显示。
 
         在 TXP 中信号采集时产生带有时间标签的数据(TTD),当液位变化量超过组态设置的 Delta 值时,会产生 TTD 数据。信号在服务器处理后送往画面显示时,同样设有 Delta,液位变化超过 Delta 时画面指示才会刷新。
 
4 异常可能原因分析
         根据以上情况分析,造成缓冲箱液位变送器指示存在偏差有多种原因。
 
4.1 变送器本身原因
         ①长期运行情况下,变送器出现零点漂移。②校验单数据不正确,取样管实际安装高度与安装图不一致。
 
4.2 取样管线原因
         ①正压侧取样管线缺水或存在气体,此时会造成变送器指示偏低。
         ②负压侧取样管线有水,此时会造成变送器指示偏低。
         ③取样管线布置不合理,负压侧容易进水,水在细小的取样管内形成水封或水膜,造成压力传导不畅,导致宽、窄量程液位变送器的负压侧压力不完全一致。
 
4.3 系统原因
         设备冷却水缓冲箱为水泵提供吸入压头,在泵启动瞬间以及两列泵切换期间,容易出现液位波动,影响变送器的测量结果,由于宽窄量程液位变送器的量程不同、型号不同,对于单个变送器的影响存在不一致的可能。
 
4.4 检修期间对变送器校验不恰当
         ①打压计量程选择不当,缓冲箱液位变送器均是小量程液位变送器,使用选用大量程打压计校验时,由于打压计精度不足引入误差。
         ②正反行程各校验点稳压不当引入人为误差。
         ③打压计使用前未清零,打压计零点的微小的差别会引入较大误差,使用大量程的打压计时影响更大。
 
4.5 DCS 采集及显示带来的误差
         ①变送器输出的 4~20mA 信号需经模拟量采集卡采集处理,采集卡自身有设计精度,DCS 组态设置有 Delta 值,变化量小于 Delta 值时不会再次产生 TTD。②TXP 采集的信号经过服务器处理,TXS 采集的信号通过网关在操作员终端进行显示时,由于画面刷新设置有 Delta,存在一定的显示误差。
 
5 对超差变送器的检查处理
         在 2016 年首次出现 A/B 列交叉比较结果降级现象,根据上文分析的变送器超差的可能原因,制定了检查方案,要点简述如下。①调查历史校验报告,分析宽量程液位变送器本身异常的可能性。②在检修窗口对宽量程液位变送器按现有校验单进行校验,检查确认校验结果。③如变送器校验结果存在漂移情况,调整变送器至合格。④如变送器本身校验合格,则检查宽、窄量程变送器的标高,检查校验单输入差压,核实校验单是否存在偏差,如有偏差,则进行修正后再校验。⑤检查变送器的取样管线实际安装情况,检查管线布置、坡度等是否存在不利于压力传导的地方。⑥同时对变送器进行充水排气,负压侧管线进行吹扫,检查有无残水。⑦对 DCS 组态设置对变送器显示的影响进行分析。
 
5.1 2016 年交叉比较降级的调查及原因分析
根据上述检查方案,在 2016 年检修结果如下:
         ①调阅历史校验单,发现 A 列宽量程变送器在 2012 年校验时存在漂移,零点指示偏低约 1.238cm,已调整合格。2015年的交叉比较结果表明 A 列宽量程液位计指示偏低、处于降级的边缘,在检修窗口,对 A 列宽量程变送器校验再次发现存在漂移;且变送器实际安装高度较设计值偏低,对校验单进行了升版并校验调整变送器合格。
 
         ②2016 年,在检修窗口对 A/B列变送器进行了校验。为防止打压计量程过大引入校验误差,校验选取了小量程打压计,精度等级 0.025,满足变送器校验要求(变送器等级 0.5)。每一列变送器打压时统一清零打压计零点,发现 A/B 列宽量程变送器均发现零点偏低,同时 B 列宽量程校验单标高偏低,且变送器无法调整合格,通过修改校验单更换合格变送器加以解决。
 
         ③检查取样管线,宽量程变送器与一窄量程变送器公用负压侧管线,窄量程负压侧有排水罐,而宽量程变送器未设计,造成宽量程负压侧容易积水使变送器指示偏低。
 
         ④缓冲箱系统在线后对变送器负压侧管线用压缩空气吹扫,未发现大量的水迹,只有少量水滴,排水罐中也无残水排出。⑤DCS 组态对于宽窄量程变送器均有影响,微小的液位变化难以在画面刷新,在进行交叉比较工作时选取了工况稳定窗口,调取历史曲线,尽量排除了画面显示不刷新的偏差。根据上述检查过程,可以确认 2016 年交叉比较降级,是因 A 列缓冲箱的宽量程液位变送器发生漂移;而 B 列宽量程液位变送器也有漂移且变送器标高不正确。
 
5.2 2017 年交叉比较降级的调查及原因分析
         在 2017 年日常执行交叉比较,再次发现 A/B 列缓冲箱液位变送器交叉比较降级,对此进行调查和分析见下。
 
         对 2016 年检修后历史曲线进行调查和统计,选取多个时间段的数据做比较,发现随时间推移 A 列宽量程与窄量程液位指示平均值偏差逐渐变大,分析认为 A 列宽量程变送器发生漂移的可能性大。检修结果表明,A 宽量程液位变送器确实存在漂移且无法调整合格,更换新备件并校验合格后,对负压侧管线进行吹扫,重新在线后宽量程与窄量程液位指示一致。B 列宽量程与窄量程液位变送器平均值偏差存在周期性波动现象。分析可能原因为负压侧取样管线有水封造成压力传导不畅。在检修窗口进行了校验,变送器校验合格,执行完充水排气和管线吹扫后,宽窄量程液位指示一致。此外,已经发起管线改造申请,在宽量程变送器负压侧同样增加排水罐,消除积水导致液位指示异常的可能。
 
6 结语
         本文通过对某 CPR1000 机组设备冷却水系统缓冲箱液位变送器交叉比较降级原因分析,指出可能造成指示偏差的变送器异常、取样管线布置异常、系统扰动、校验引入偏差、DCS组态等各项因素,并在检修期间进行了一一检查和排除。其他CPR1000 机组可参考借鉴处理方法,节约调查分析的时间,优化工期。

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