設備冷卻水緩沖箱液位指示偏差原因分析及處理

 

1 背景介紹

         在 CPR1000 機組中，設備冷卻水系統為核島內各熱交換器提供冷卻水，設計有 A/B 兩列緩沖箱，為監視緩沖箱危急液位，兩列緩沖箱共使用了 6 臺 Rosemount 變送器。以 A 列緩沖箱為例，使用 1 臺 Rosemount 3051 智能變送器用于寬量程液位監視，2 臺 1152 變送器用于窄量程液位監測。

 

2 異常問(wèn)題描述

         在日常運行期間，在對緩沖箱液位指示進(jìn)行的例行檢查中，反復、多次出現同列寬、窄量程液位變送器指示交叉比較偏差大的情況。以某 CPR1000 機組為例，在#近三年執行的三次定期檢查中，2 次出現 A/B 兩列的寬量程液位變送器交叉比較結果降級，其中 1 次寬量程液位變送器處于降級的邊緣。針對變送器交叉比較降級的現象，本文從變送器測量原理、系統管線(xiàn)布置情況、DCS 組態(tài)情況進(jìn)行了分析調查，并在檢修窗口進(jìn)行了處理。

 

3 原理分析

3.1 變送器測量原理

         緩沖箱液位監視使用羅斯蒙特電容式差壓變送器，所測差壓信號轉換為電流信號送往 DCS 顯示。取樣管所傳導的差壓作用于變送器 σ 室中心的兩側感壓膜片上，膜片產(chǎn)生微小位移的變化，改變了感壓膜片和兩側電容極板構成的差動(dòng)電容值，σ 室的差動(dòng)電容值在設計時(shí)與差壓成線(xiàn)性關(guān)系，差動(dòng)電容經(jīng)過(guò)整流電路轉換為 4~20mA 標準信號輸出。1152 系列仍使用模擬電路板件，將差動(dòng)電容信號轉換為4~20mA 信號輸出。而 3051 系列變送器，設計支持 Hart 協(xié)議，內部設計有微控制器，可以對傳感器的數據進(jìn)行處理，包括測量信號調理、數據顯示、自動(dòng)校正和自動(dòng)補償等功能。

 

3.2 DCS 信號采集流程和組態(tài)

         在某 CPR1000 機組，1E 級系統采用 AREVA TXS 平臺，SR 及 NC 級采用 TXP-T2000 DCS 平臺。窄量程液位經(jīng) TXS采集處理，通過(guò)網(wǎng)關(guān)送往操作員終端進(jìn)行顯示。寬量程液位送TXP-2000 系統進(jìn)行采集處理，然后送操作員終端進(jìn)行顯示。

 

         在 TXP 中信號采集時(shí)產(chǎn)生帶有時(shí)間標簽的數據（TTD），當液位變化量超過(guò)組態(tài)設置的 Delta 值時(shí)，會(huì )產(chǎn)生 TTD 數據。信號在服務(wù)器處理后送往畫(huà)面顯示時(shí)，同樣設有 Delta，液位變化超過(guò) Delta 時(shí)畫(huà)面指示才會(huì )刷新。

 

4 異�？赡茉�因分析

         根據以上情況分析，造成緩沖箱液位變送器指示存在偏差有多種原因。

 

4.1 變送器本身原因

         ①長(cháng)期運行情況下，變送器出現零點(diǎn)漂移。②校驗單數據不正確，取樣管實(shí)際安裝高度與安裝圖不一致。

 

4.2 取樣管線(xiàn)原因

         ①正壓側取樣管線(xiàn)缺水或存在氣體，此時(shí)會(huì )造成變送器指示偏低。

         ②負壓側取樣管線(xiàn)有水，此時(shí)會(huì )造成變送器指示偏低。

         ③取樣管線(xiàn)布置不合理，負壓側容易進(jìn)水，水在細小的取樣管內形成水封或水膜，造成壓力傳導不暢，導致寬、窄量程液位變送器的負壓側壓力不完全一致。

 

4.3 系統原因

         設備冷卻水緩沖箱為水泵提供吸入壓頭，在泵啟動(dòng)瞬間以及兩列泵切換期間，容易出現液位波動(dòng)，影響變送器的測量結果，由于寬窄量程液位變送器的量程不同、型號不同，對于單個(gè)變送器的影響存在不一致的可能。

 

4.4 檢修期間對變送器校驗不恰當

         ①打壓計量程選擇不當，緩沖箱液位變送器均是小量程液位變送器，使用選用大量程打壓計校驗時(shí)，由于打壓計精度不足引入誤差。

         ②正反行程各校驗點(diǎn)穩壓不當引入人為誤差。

         ③打壓計使用前未清零，打壓計零點(diǎn)的微小的差別會(huì )引入較大誤差，使用大量程的打壓計時(shí)影響更大。

 

4.5 DCS 采集及顯示帶來(lái)的誤差

         ①變送器輸出的 4~20mA 信號需經(jīng)模擬量采集卡采集處理，采集卡自身有設計精度，DCS 組態(tài)設置有 Delta 值，變化量小于 Delta 值時(shí)不會(huì )再次產(chǎn)生 TTD。②TXP 采集的信號經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理，TXS 采集的信號通過(guò)網(wǎng)關(guān)在操作員終端進(jìn)行顯示時(shí)，由于畫(huà)面刷新設置有 Delta，存在一定的顯示誤差。

 

5 對超差變送器的檢查處理

         在 2016 年shou次出現 A/B 列交叉比較結果降級現象，根據上文分析的變送器超差的可能原因，制定了檢查方案，要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下。①調查歷史校驗報告，分析寬量程液位變送器本身異常的可能性。②在檢修窗口對寬量程液位變送器按現有校驗單進(jìn)行校驗，檢查確認校驗結果。③如變送器校驗結果存在漂移情況，調整變送器至合格。④如變送器本身校驗合格，則檢查寬、窄量程變送器的標高，檢查校驗單輸入差壓，核實(shí)校驗單是否存在偏差，如有偏差，則進(jìn)行修正后再校驗。⑤檢查變送器的取樣管線(xiàn)實(shí)際安裝情況，檢查管線(xiàn)布置、坡度等是否存在不利于壓力傳導的地方。⑥同時(shí)對變送器進(jìn)行充水排氣，負壓側管線(xiàn)進(jìn)行吹掃，檢查有無(wú)殘水。⑦對 DCS 組態(tài)設置對變送器顯示的影響進(jìn)行分析。

 

5.1 2016 年交叉比較降級的調查及原因分析

根據上述檢查方案，在 2016 年檢修結果如下：

         ①調閱歷史校驗單，發(fā)現 A 列寬量程變送器在 2012 年校驗時(shí)存在漂移，零點(diǎn)指示偏低約 1.238cm，已調整合格。2015年的交叉比較結果表明 A 列寬量程液位計指示偏低、處于降級的邊緣，在檢修窗口，對 A 列寬量程變送器校驗再次發(fā)現存在漂移；且變送器實(shí)際安裝高度較設計值偏低，對校驗單進(jìn)行了升版并校驗調整變送器合格。

 

         ②2016 年，在檢修窗口對 A/B列變送器進(jìn)行了校驗。為防止打壓計量程過(guò)大引入校驗誤差，校驗選取了小量程打壓計，精度等級 0.025，滿(mǎn)足變送器校驗要求（變送器等級 0.5）。每一列變送器打壓時(shí)統一清零打壓計零點(diǎn)，發(fā)現 A/B 列寬量程變送器均發(fā)現零點(diǎn)偏低，同時(shí) B 列寬量程校驗單標高偏低，且變送器無(wú)法調整合格，通過(guò)修改校驗單更換合格變送器加以解決。

 

         ③檢查取樣管線(xiàn)，寬量程變送器與一窄量程變送器公用負壓側管線(xiàn)，窄量程負壓側有排水罐，而寬量程變送器未設計，造成寬量程負壓側容易積水使變送器指示偏低。

 

         ④緩沖箱系統在線(xiàn)后對變送器負壓側管線(xiàn)用壓縮空氣吹掃，未發(fā)現大量的水跡，只有少量水滴，排水罐中也無(wú)殘水排出。⑤DCS 組態(tài)對于寬窄量程變送器均有影響，微小的液位變化難以在畫(huà)面刷新，在進(jìn)行交叉比較工作時(shí)選取了工況穩定窗口，調取歷史曲線(xiàn)，盡量排除了畫(huà)面顯示不刷新的偏差。根據上述檢查過(guò)程，可以確認 2016 年交叉比較降級，是因 A 列緩沖箱的寬量程液位變送器發(fā)生漂移；而 B 列寬量程液位變送器也有漂移且變送器標高不正確。

 

5.2 2017 年交叉比較降級的調查及原因分析

         在 2017 年日常執行交叉比較，再次發(fā)現 A/B 列緩沖箱液位變送器交叉比較降級，對此進(jìn)行調查和分析見(jiàn)下。

 

         對 2016 年檢修后歷史曲線(xiàn)進(jìn)行調查和統計，選取多個(gè)時(shí)間段的數據做比較，發(fā)現隨時(shí)間推移 A 列寬量程與窄量程液位指示平均值偏差逐漸變大，分析認為 A 列寬量程變送器發(fā)生漂移的可能性大。檢修結果表明，A 寬量程液位變送器確實(shí)存在漂移且無(wú)法調整合格，更換新備件并校驗合格后，對負壓側管線(xiàn)進(jìn)行吹掃，重新在線(xiàn)后寬量程與窄量程液位指示一致。B 列寬量程與窄量程液位變送器平均值偏差存在周期性波動(dòng)現象。分析可能原因為負壓側取樣管線(xiàn)有水封造成壓力傳導不暢。在檢修窗口進(jìn)行了校驗，變送器校驗合格，執行完充水排氣和管線(xiàn)吹掃后，寬窄量程液位指示一致。此外，已經(jīng)發(fā)起管線(xiàn)改造申請，在寬量程變送器負壓側同樣增加排水罐，消除積水導致液位指示異常的可能。

 

6 結語(yǔ)

         本文通過(guò)對某 CPR1000 機組設備冷卻水系統緩沖箱液位變送器交叉比較降級原因分析，指出可能造成指示偏差的變送器異常、取樣管線(xiàn)布置異常、系統擾動(dòng)、校驗引入偏差、DCS組態(tài)等各項因素，并在檢修期間進(jìn)行了一一檢查和排除。其他CPR1000 機組可參考借鑒處理方法，節約調查分析的時(shí)間，優(yōu)化工期。