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核电站常规岛差压变送器在液位测量中的应用

作时间:2016-07-02  来源:中国核电工程有限公司 调试部  作者:
   

摘 要:智能差压变送器在核电站常规岛的液位测量中得到了广泛应用,虽然其测量精度高,环境适应好,但是在实际应用中难免会出问题。本文从解决实际问题的角度,对调试过程中出现的问题及解决措施进行反馈。

0 引言
         核电站常规岛在从把核岛来的蒸汽能转换为汽轮机动能的过程中,蒸汽和水在不断地转换。在装换的过程中就需要对水的液位进行测量。以汽水分离再热器疏水箱为例来探讨差压变送器的应用,汽水分离再热器在除去高压缸排汽水分的过程中,产生了大量的疏水,需要用疏水箱来收集并暂存,然后传到高压加热器或者凝汽器。汽水分离再热器的疏水受疏水调节阀的控制,而调节阀的开度调节信号来自疏水箱的液位信号。因此,液位信号的准确测量在核电站的运行中变得十分重要,而液位的测量就需要智能型差压变送器来实现。

1 智能差压变送器测量原理
        由正压侧和负压侧引压管来的介质对隔离膜片产生压力,导致隔离膜片产生形变,隔离膜片的形变被传导到中心膜片两侧。于是,中心膜片发生轴向位移,进而导致了电容发生变化。压力信号就转变成了电信号,再经过电容-电流转换电路和放大器的处理,最终转换为4~20 mA 电流值。此变送器在原有的差压变送器的基础之上,增加了微处理器,使其具有了通讯功能,可以连接到采用HART 协议控制回路、变送器现场、手持通讯器或者采用该协议的其他设备上。在核电站汽水分离再热器疏水箱的使用中,此信号被传到DEH(汽轮机控制)系统机柜上,作为控制疏水箱水位的信号来源。

        在对汽水分离再热器疏水箱的液位测量时,带有平衡罐的一侧是负压侧,在蒸汽凝结作用下,处于充满水状态并具有恒定的压力;正压侧要连在取样管中与疏水箱底部位置对应的地方,与疏水箱组成连通器,由于平衡容器侧在正常的运行工况下,始终处于恒定的液位状态(满水态)。由于压力平衡特点,其正压侧的压力变化就由疏水箱的液位变化凸显出来,进而采集差压值P 进行换算后得出疏水箱的液位值,因此差压值P 与疏水箱液位变化成正比关系。如图1 所示。

智能差压变送器测量原理图

设智能差压变送器负压侧压力为Ρa,正压侧压力为Ρb,智能差压变送器测得的差压为P,疏水罐内部压力为P,疏水罐内水的密度为ρ,重力加速度为g。假设疏水罐的工艺零点和取样管的零点相同(如果不同则需要进行零点迁移,后面的章节将会详细讲解),设取样管零点到疏水箱上部取样管的高度为h1, 疏水箱的液位为h2, 智能差压变送器到取样管零点的高度为h,差压ΔP 计算公式为:

QQ截图20160702143120.jpg


当疏水箱由0 变到最大时,即疏水箱液位高度变化到和取样管高度相同时,智能差压变送器测得压差由量程最大值变化到最小值,对应的把变送器输出电流由20mA 变为4mA。当信号传输到控制系统时,电流值再转换为相应的水位高度,这样主控室就可以直接看到就地疏水箱的水位高度,将此电信号作为控制疏水箱水位的信号,就可以实现自动化控制。

2 调零、量程迁移、量程调整

量程迁移、调整原理图

        当智能差压变送器的正压侧和负压侧与疏水箱的工艺零点和满水位一一对应时,不需要迁移量程,也不需要调整量程。但是在使用时,考虑到更便于安装和维护,取压点无法和实际水位准确对应,这时就需要迁移量程,甚至调整量程。

设变送器输入值为x,输出值为Y,测量部分的转换系数为D,放大器的放大系数为K,反馈部分的反馈系数为F 则有:

QQ截图20160702143230.jpg


得出变送器的输出和输入的关系取决于测量部分和反馈部分的特性而与放大器的特性几乎无关。其中量程迁移是改变了z0,是将变送器的测量范围向左或者向右移动,而量程的大小没有发生变化;量程的调整是通过改变反馈系数,则改变了输出与输入关系的斜率,其量程的大小发生改变。如图2 所示。

2.1 零点检查
关闭三阀组中的正负压阀门,打开平衡阀,此时变送器输出值应量程最大值,即20mA ,0Kpa。

2.2 校零
在上述零点检查中,发现变送器无法达到最大值,可打开变送器后的排气孔进行排气[1];如果不行,打开排污阀进行排污,并检查管道和阀门处是否有堵塞漏液的情况发生。

如果经过上述排查后,变送器仍然无法归零,可以将HART475 连接到变送器,在475 中选择较零功能,对变送器较零。

2.3 量程未迁移
当变送器的正压侧和负压侧的取样口与疏水箱的工艺零点和满水位对应时,则不需要进行量程迁移。

2.4 量程正迁移
如果需要测量起点比参考零点的值高,则需要正迁移。若要变送器测量范围为1500~3000mmH2O,而原量程为0~1500mmH2O,则需要正迁移100%。

2.5 量程负迁移
如果需要测量起点比参考零点的值低,则需要负迁移。若要变送器测量范围为-1500~0mmH2O ,而原量程为0~1500mmH2O,则需要负迁移100%。

2.6 量程大小调整
输出信号的上限值y 与测量范围的上限值x 不对应时,则需要调整量程大小。调整量程大小的方法通常是改变反馈部分的反馈系数F,反馈系数越大,量程则越小;反之,反馈系数越小,量程越大。

3 调试过程中出现的缺陷及解决办法
3.1 导压管堵塞
       一方面智能差压变送器的导压管和阀门,以及管道接口处,长期处在高温水和蒸汽中,很容易发生腐蚀;另一方面在初次调试阶段,由于安装单位在安装过程中容易将铁锈和杂质等灌入导压管,并且管道中的阀门内径比较小,铁锈或者其他杂质很容易在这里淤积。在一次调试过程中,就发现了平衡阀打开或者关闭后,测量值都没有发生变化,原因就是平衡阀发生了堵塞。
       解决办法:对管道定期排污或者冲洗,减少管道中的颗粒物的存量;尽量多的使用耐腐蚀的管道和阀门。当阀门发生堵塞时,在做了相应的隔离后,可将其拆下冲洗去污。

3.2 导压管泄漏或者有气泡
       在导压管与阀门或者变送器表头接口处,螺丝松动或者密封不好,将导致介质泄漏或引入气泡。
       解决办法:导压管和阀门或者变送器表头接口处泄漏
时,可以将此处螺丝紧固。如果紧固后仍然泄漏,则考虑是垫片变形无法密封,可以更换垫片后,再进行紧固;导压管内有气泡,可以将变送器后的排气口打开,当流出的液体为均匀流速,而不再是断断续续时,则说明排气完成。

3.3 线路故障
安装和使用过程中,变送器的接线和控制回路的接线可能会被接错,一些无操作可能会导致表头的损坏,甚至烧毁电路板。
       解决办法:检查变送器表头的电源线是否接反、接错;检查变送器是否有24V 直流电压;检查表头是否损坏,检查电路板是否烧毁。如果变送器仍存在问题,将电流表串联接入电源回路,检查电流是否正常。若正常则说明变送器正常,应检查回路中其他仪表是否有故障。

4 调试和使用过程中的注意事项
1)禁止将高于36V 的电压加到变送器上,以防烧坏变送器。
2)禁止将硬物触碰膜片,以防隔离膜片损坏。
3)请勿将变送器接到结冰的介质上,介质结冰会损坏传感器。
4)介质温度不应超过变送器的使用温度范围。
5)测量压力不应超过变送器的压力测量范围。
6)变送器投用时,要缓慢打开阀门,防止被测介质对隔离膜片造成过大冲击。

5 结束语
海南昌江核电厂汽水分离器疏水箱采用了霍尼韦尔ST3000 系列智能差压变送器,该变送器环境适应性好、安装和调试方便、测量精度高,其本身发生故障的几率较小。在调试过程中,若出现误差偏大,甚至无法正常测量的故障时,主要原因一方面是零点未校准、量程没有正确迁移、负压侧平衡罐没有充满液体;另一方面是导压管连接处或者阀门处发生堵塞、漏液等故障。在以后的调试过程中,可以先对变送器进行排污、排气操作;在变送器首次投用时,缓慢开启阀门,防止隔离膜片损坏;在紧固阀门时,切勿野蛮施工,因为螺丝的螺纹是脆弱的;在变送器量程迁移时,要准确测量,努力保证测量的精确度。

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