核電廠GSS系統(tǒng)疏水箱液位計(jì)故障分析及處理

錢 敏，張連強(qiáng)，陶 滔

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

汽水分離再熱器系統(tǒng)是核電廠重要系統(tǒng)之一，對(duì)高壓缸排汽進(jìn)行除濕和再熱，降低進(jìn)入低壓缸蒸汽濕度，使其具有一定過(guò)熱度，提高進(jìn)低壓缸做功的蒸汽品質(zhì)。汽水分離再熱器為核電站二回路內(nèi)重要熱力設(shè)備[1]，系統(tǒng)由兩臺(tái)汽水分離再熱器（MSR）、6 臺(tái)疏水箱及相應(yīng)的蒸汽和疏水管道組成，整個(gè)系統(tǒng)總體上可分為汽水分離再熱部分和疏水收集回流部分。每臺(tái)MSR 的疏水部分由3 臺(tái)疏水箱以及相應(yīng)的管道和閥門組成，分別為一級(jí)、二級(jí)、殼側(cè)疏水箱，每臺(tái)疏水箱的液位由3 支導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行控制。

1 事件概述

方家山MSR 共有6 個(gè)疏水箱，分別為左右一級(jí)、左右二級(jí)、左右殼側(cè)疏水箱。其中一級(jí)、二級(jí)疏水箱位于MX廠房3.5m 位置標(biāo)高處，每臺(tái)箱體上各以直插的安裝方式安裝了3 支導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（共18 支）。其中，殼側(cè)疏水箱液位信號(hào)參與停機(jī)保護(hù)（現(xiàn)場(chǎng)布置見(jiàn)圖1 液位計(jì)安裝圖）。

圖1 液位計(jì)安裝圖 Fig.1 Level gauge installation diagram

1.1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)原理

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)主要利用時(shí)域反射原理（TDR），發(fā)射——反射——接收。雷達(dá)波以光速運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。探頭發(fā)射高頻脈沖并沿探桿傳播，當(dāng)脈沖遇到物料表面時(shí)，反射回來(lái)被儀表內(nèi)的接收器接受，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)。信號(hào)經(jīng)智能處理器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)可用于易燃、易爆、高粘度、高腐蝕性等介質(zhì)液位的精確測(cè)量，特別適用于大型立罐和球罐[2]。

1.2 當(dāng)前問(wèn)題

方家山核電機(jī)組自商運(yùn)以來(lái)，MSR 疏水箱內(nèi)多次發(fā)生液位高漂的問(wèn)題，并且還存在表計(jì)之間偏差較大的問(wèn)題，發(fā)生一支液位計(jì)與其他兩支相比偏差較大（大約10%）的情況（見(jiàn)圖2 液位趨勢(shì)圖），主要問(wèn)題存在于探桿和表頭。

圖2 液位趨勢(shì)圖Fig.2 Liquid level trend chart

1.2.1 探桿問(wèn)題

在歷次大修執(zhí)行GSS 系統(tǒng)MSR 疏水箱液位計(jì)預(yù)防性維修檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分導(dǎo)波桿支撐件破碎并丟失，同時(shí)存在探桿根部焊縫有裂痕的問(wèn)題，見(jiàn)圖3 焊縫裂痕和支撐件丟失。

1.2.2 表頭問(wèn)題

在大修期間拆下表頭，發(fā)現(xiàn)表頭與探桿連接處的探針附近存在水漬的情況。在做通道檢查時(shí)候發(fā)現(xiàn)，稍有觸碰表頭電子板卡，數(shù)值有較大變化。

以上缺陷問(wèn)題，勢(shì)必導(dǎo)致導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)功能喪失、測(cè)量不準(zhǔn)確，特別是殼側(cè)疏水箱液位信號(hào)涉及停機(jī)保護(hù)，長(zhǎng)期的重復(fù)缺陷問(wèn)題將帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

2 原因分析

圖3 焊縫裂痕和支撐件丟失Fig.3 Weld cracks and support loss

在歷次大修機(jī)組升功率期間，同一疏水箱內(nèi)的3 支導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)間的液位顯示值偏差逐漸變大。根據(jù)102 大修拆下的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波桿的支撐件破碎以及焊縫開(kāi)裂的情況，可以推斷出以下幾點(diǎn)：

1）測(cè)量環(huán)境惡劣

疏水箱內(nèi)水位持續(xù)擾動(dòng)對(duì)導(dǎo)波桿形成沖擊，壓力高、振動(dòng)大，導(dǎo)波桿晃動(dòng)可能造成測(cè)量不準(zhǔn)。

發(fā)生概率級(jí)別：I。

2）變送器表頭溫度過(guò)高

現(xiàn)場(chǎng)表頭的溫度長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境（溫度最高的二級(jí)疏水箱可達(dá)到50℃），長(zhǎng)期的高溫勢(shì)必會(huì)影響電子器件的穩(wěn)定性。

發(fā)生概率級(jí)別：II。

3）導(dǎo)波桿支撐件破碎

目前頂裝式的安裝方式極易導(dǎo)致導(dǎo)波桿支架損壞，導(dǎo)波傳導(dǎo)部分與外壁碰撞影響測(cè)量。

發(fā)生概率級(jí)別：I。

4）汽水環(huán)境過(guò)于復(fù)雜

導(dǎo)波桿采用的蒸汽補(bǔ)償技術(shù)，僅以導(dǎo)波桿下6 英寸處電磁波的速率作為參考，若整個(gè)罐體內(nèi)汽水分布不均，將影響液位測(cè)量的準(zhǔn)確性。

發(fā)生概率級(jí)別：III。

圖4 左側(cè)一級(jí)水箱布置圖（側(cè)視圖）Fig.4 Left-level first tank layout (side view)

5）工況發(fā)生變化

現(xiàn)場(chǎng)工況發(fā)生變化比如甩負(fù)荷時(shí)，會(huì)發(fā)生短時(shí)間的低溫高壓環(huán)境。探桿螺紋根部由于與罐體接口連接處的緊封情況容易發(fā)生散熱困難，導(dǎo)致跳變情況。

發(fā)生概率級(jí)別：III。

6）設(shè)備本身質(zhì)量問(wèn)題

拆裝表頭發(fā)現(xiàn)插針附近存在水漬情況表明：表頭密封填料問(wèn)題導(dǎo)致高溫蒸汽滲透，降低設(shè)備性能，影響測(cè)量準(zhǔn)確性，存在運(yùn)行期間液位計(jì)漂表情況。

發(fā)生概率級(jí)別：III。

3 處理措施

結(jié)合以上趨勢(shì)和分析結(jié)果可以得出：所有箱體上液位計(jì)均有偏差。相比較而言，液位偏差大主要集中在二級(jí)疏水箱（所有疏水箱中溫度壓力最高），其次是一級(jí)、最后是殼側(cè)（偏差較?。Ｓ纱丝梢?jiàn)，復(fù)雜的工況環(huán)境對(duì)設(shè)備功能影響較大，液位計(jì)直插的安裝方式勢(shì)必會(huì)帶來(lái)箱體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境所造成的設(shè)備缺陷問(wèn)題，加之當(dāng)前直插式安裝方式無(wú)法滿足功率運(yùn)行期間日常在線隔離檢修的要求。因此，將所有導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)移出，以外置浮筒式安裝是目前主要的解決方案。此方案可以最大限度地降低容器內(nèi)高溫、高壓和復(fù)雜工況帶來(lái)的問(wèn)題，此外在二級(jí)水箱試用分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，降低高溫給表頭帶來(lái)的電子板卡老化現(xiàn)象導(dǎo)致的設(shè)備性能下降的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3.1 移位方案的必要性

1）自調(diào)試以來(lái)，多次發(fā)生漂表、表頭故障、支撐件破碎等問(wèn)題；2）無(wú)法在運(yùn)行期間進(jìn)行在線隔離檢修工作；3）殼側(cè)疏水箱有液位高高三取二跳機(jī)信號(hào)，液位計(jì)漂表情況極易導(dǎo)致機(jī)組誤停機(jī)。

3.2 方案實(shí)施過(guò)程

3.2.1 移位方案

1）在每個(gè)疏水箱外部靠近水側(cè)取壓口處，安裝3 個(gè)測(cè)量筒用于導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的安置以及液位測(cè)量；每個(gè)測(cè)量筒的汽側(cè)取壓口仍然選用原導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)接口，而水側(cè)取壓口引用原水汽取樣口、磁翻板液位計(jì)取壓口，以左側(cè)一級(jí)水箱布置圖為例，見(jiàn)圖4 左側(cè)一級(jí)水箱布置圖（側(cè)視圖）。

2）采用原導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)配套用浮筒，浮筒接口管線應(yīng)避免直角、彎管盡量不產(chǎn)生較大坡度，防止汽側(cè)發(fā)生汽封現(xiàn)象。

3）由于部分疏水箱安裝位置懸于半空，平臺(tái)有限，需要土建外延支撐平臺(tái)。

3.2.2 分體式方案

由于二級(jí)疏水箱內(nèi)溫度壓力最高，將左、右兩側(cè)疏水箱上的6 支液位計(jì)全部更換為法蘭連接方式的分體式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，以減少高溫給表頭電子元器件帶來(lái)的損害。

4 結(jié)論及建議

1）運(yùn)行期間

目前，機(jī)組已按照以上方案進(jìn)行了改造，改造后的首次大修檢查中探桿內(nèi)支撐件大部分完好，并且滿功率運(yùn)行期間基本未發(fā)生3 支液位計(jì)較大偏差的情況。

2）升降功率期間

但是在機(jī)組啟、停機(jī)階段，仍然發(fā)生3 支液位計(jì)間存在偏差較大情況。根據(jù)改造后現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，液位計(jì)的移位很大程度上解決了支撐件破碎的情況，并且滿足了在線隔離檢修的要求，降低了停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。但是對(duì)于啟停機(jī)階段存在的偏差問(wèn)題，由于啟停階段復(fù)雜的工況，例如壓力溫度的劇烈變化、移位后的滯后情況、產(chǎn)品的溫度補(bǔ)償功能是否適應(yīng)實(shí)際工況等諸多因素疊加，都會(huì)導(dǎo)致目前的偏差情況。如何解決此類問(wèn)題，還需要結(jié)合液位計(jì)產(chǎn)品本身以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況等諸多因素進(jìn)行深度分析。