核電站一回路穩(wěn)壓器水位測量與計算

　　一、穩(wěn)壓器水位控制和保護
　　
　　核電站穩(wěn)壓器是核反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）中的重要設備，在穩(wěn)態(tài)運行時其保持正常的RCP壓力，在瞬態(tài)時其將RCP壓力限制在允許值內(nèi)。此外，穩(wěn)壓器還作為反應堆冷卻劑的緩沖水箱，保證一回路處于滿水狀態(tài)。在額定功率下，穩(wěn)壓器內(nèi)約60環(huán)是飽和水，40%為飽和蒸汽，穩(wěn)壓器底部（液體區(qū)）通過波動管與RCP一條環(huán)路的熱管段相連。RCP是一個充滿水的系統(tǒng)，穩(wěn)壓器中的壓力將傳至整個RCP。穩(wěn)壓器水位不能太高或太低，否則會導致壓力調(diào)節(jié)失效或者電加熱器裸露燒毀。導致穩(wěn)壓器水位變化的主要因素有:（1）負荷改變使反應堆冷卻劑平均溫度改變引起冷卻劑體積變化；（2）穩(wěn)壓器上充流量與下泄流量不平衡（如打開下泄孔板、冷卻劑泄漏和起動第2臺上充泵等）。穩(wěn)壓器水位控制保護系統(tǒng)的功能是將穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)在整定值附近，確保穩(wěn)壓器運行工況能夠滿足壓力控制的需要，并且保護設備安全。穩(wěn)壓器水位變送器不但起測量與監(jiān)視水位的作用，而且用于穩(wěn)壓器水位控制和保護。穩(wěn)壓器水位控制保護模擬簡圖見圖1。　　
　　從圖1可見，穩(wěn)壓器的水位由3個獨立的6000系列核級差壓水位變送器（0llMN、008MN、007MN）同時測量，其測量信號被分別送至電氣間3個獨立的SIP保護柜（SIPl組、SIP2組、SIP3組）進行數(shù)據(jù)轉換，（4~20）mA電流信號經(jīng)轉換器（RS）轉換為（1~5）VDC電壓信號，3路電壓信號又各分兩路，其中一路去閥值繼電器（XU），在邏輯處理單元進行三取二邏輯運算后產(chǎn)生穩(wěn)壓器水位高核反應堆跳閘信號。另外一路去選擇開關（444CC），經(jīng)調(diào)節(jié)器（404RG）控制上充給水調(diào)節(jié)閥進行穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)。由此可見，3個水位測量信號既參與穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)，又參與核反應堆跳閘邏輯保護，因此3個水位變送器的準確測量，對穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)和水位保護都起著至關重要的作用。
　　
　　二、穩(wěn)壓器水位的測量及計算
　　
　　圖2為穩(wěn)壓器水位測量安裝圖。差壓變送器一側與穩(wěn)壓器下部管嘴相連，反映水位產(chǎn)生的壓力，另一側與一個參考液毛細管相連，參考液毛細管上端通過冷凝罐與穩(wěn)壓器氣空間相連，它們中間有一個隔膜把參考液毛細管的水與冷凝罐隔開，以防止穩(wěn)壓器水中分離出來的氫氣形成氣泡帶入?yún)⒖家好毠苤校绊懫錅y量精度。　　
　　在穩(wěn)壓器中，汽、水兩相共存，處于飽和狀態(tài)。以穩(wěn)壓器水位測量變送器為例，計算滿功率穩(wěn)定運行工況下007MN在O和水位時所受到的差壓值和停堆換料維修時校驗007MN所需加給變送器的差壓值。假設校驗時的環(huán)境溫度為25℃，根據(jù)圖2中標示的數(shù)據(jù)及給定的已知數(shù)據(jù)可以計算007MN在O和水位時的壓力值。在滿功率穩(wěn)定運行工況下，穩(wěn)壓器壓力為15.5MPa，其對應的飽和溫度344℃。穩(wěn)壓器在該壓力、溫度下的飽和水密度ρ3=0.59395×lO3kg/m3，飽和蒸汽密度ρ3=0.10l9×1O3kg/m3。此外，取壓管正、負壓側遠離穩(wěn)壓器本體，其取壓管實際溫度接近環(huán)境溫度30℃，所以穩(wěn)壓器在壓力15.5MPa下，該正、負壓側取壓管處末飽和水密度應為ρ1=ρ2=ρ5=1.002×l03。一個大氣壓滿功率工況下007MN在O和水位時所受到的差壓計算。
　　
　　在0水位（4mA）時:
　　
　　△P0=P+-P_=[ρ3g（L3+L4）+ρ5gL5]-（ρ1gL1+ρ2gL2）
　　
　　式中，P+為007MN正壓側壓力，Pa;P_為007MN負壓側壓力，Pa;△P0為0水位差壓，Pa;g為重力加速度。
　　
　　△P0=0.10l9×lO3×9.8×（O.013+9.765）十1.0O2×1O3×9.8×1.938-1.0O2×lO3×9.8×0.341
　　
　　-1.002×1O3×9.8×11.375=-86251.54
　　
　　在水位（2OmA）時:
　　
　　△P=P+-P_=（ρ3gL3十ρ4gL4十ρ5gL5）-（ρ1gL1十ρ2gL2）=0.10l9×lO3×9.8×0.013十0.59395×103×9.8×9.765+1.002×103×9.8×1.938一1.002×1O3×9.8×0，341-1.002×1O3×9.8×11.375=-39163.83
　　
　　式中△P為水位差壓，Pa。
　　
　　停堆換料維修時校驗007MN在O和100姊水位時加給變送器的差壓計算。
　　
　　因為007MN的負壓側是毛細管，校驗時不可拆，所以校驗007MN時必須連同負壓側的毛細管一同校驗，此時007MN負壓側毛細管產(chǎn)生的靜壓為:
　　
　　P_=ρ×g×（L1十L2）而ρ=l000.54-0.0252×t-O.0045×t2
　　
　　p=1000.54-0.0252×25-0.0045×252=997.0975kg/m3
　　
　　p_=997.0975×9.8×11.716=114483.554
　　
　　在0水位（4mA）時:
　　
　　△Po=P+o-P-
　　
　　P+o=28232
　　
　　在水位（2OmA）時:
　　
　　△Pl00%=P+l00%—P—
　　
　　P+l00%=75315.9
　　
　　式中，P+0為0水位時007MN正壓側壓力；P+為水位時007MN正壓側壓力。
　　
　　所以，在0和100始007MN正壓側加壓值分別為28232Pa、75315.9Pa。
　　
　　密度是校驗壓力值計算的關鍵。滿功率時，007MN正、負壓側取壓管內(nèi)介質(zhì)屬于未飽和水（壓力高而溫度低），密度與穩(wěn)壓器內(nèi)飽和水密度不同。在換料大修期間，反應堆廠房溫度不同，007MN負壓側毛細管內(nèi)及冷凝水罐中除鹽水的密度也會不同。一般情況下，在一個大氣壓下，2O℃水的密度近似為0.998×
　　
　　1O3kg/m3，而對在其它溫度時水的密度，可以查表或根據(jù)經(jīng)驗公式p=l000.54-0.0252×t-O.0045×t2計算。
　　
　　三、測量誤差帶來的風險
　　
　　水位變送器的準確測量是穩(wěn)壓器安全運行的重要條件，而校驗變送器所用的校驗數(shù)據(jù)正確是水位變送
　　
　　器準確測量的前提。由圖1可見，如果444CC選擇008MN、007MN作為報警、調(diào)節(jié)控制水位，而007MN校驗數(shù)據(jù)不準確使測量偏低，則在穩(wěn)壓器水位定值不變的條件下，由007MN測量控制調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器水位，穩(wěn)壓器實際水位就會偏高。當另外2個水位變送器008MN和0llMN測得的水位達到高水位定值時，就會造成2/3反應堆跳閘的風險。